卤虫线粒体基因组揭示其系统发育与演化历程

为明确卤虫（Artemia）系统发育及演化，研究人员分析其线粒体基因组，厘清关系与起源，意义重大。

　　卤虫，这种生活在高盐环境中的神奇甲壳动物，一直以来都是生物学研究的热点对象。它们分布在世界各地的孤立高盐栖息地，以独特的 “岛屿生物地理” 模式生存。卤虫有着令人惊叹的可塑性，在形态和分子进化上都展现出独特之处，这很可能与它们所处的高盐、离子强度变化大等极端生态环境密切相关。然而，长期以来，卤虫的分类和进化关系却如同迷雾一般，困扰着科研人员。

在过去，卤虫的分类主要依赖于生殖模式、地理分布和分子标记等方法，但这些方法存在诸多局限性，导致不同研究结果之间存在分歧。比如，仅依靠线粒体标记和形态测量特征进行研究时，亚洲卤虫的分类地位和演化关系就出现了不一致的情况。而且，基于短线粒体标记序列构建的系统发育树，无法准确反映卤虫的真实进化历史，这使得卤虫的进化研究陷入困境。

为了揭开卤虫进化的神秘面纱，海南热带海洋大学等多机构的研究人员开展了一项深入研究。研究成果发表在《BMC Genomics》上，为我们理解卤虫的进化历程提供了全新的视角。

研究人员采用了多种关键技术方法。在样本采集方面，选取了 9 种卤虫物种和 4 种孤雌生殖系，除部分样本因特殊原因无法获取外，大多来自模式产地。之后，对样本进行 DNA 提取与测序，从成年雌性个体或卵中提取总基因组 DNA，构建文库并进行下一代测序。在数据分析阶段，运用多种软件进行质量控制、序列组装、基因识别与注释，还通过主成分分析（PCA）等方法研究密码子使用模式，利用最大似然法（ML）和贝叶斯推断（BI）构建系统发育树，使用 BEAST 软件进行分歧时间估计。

研究结果如下：

• 线粒体基因组组织和组成：卤虫的线粒体基因组为典型的环状 DNA，包含 22 个 tRNA、2 个 rRNA、13 个蛋白质编码基因（PCG）和一个非编码控制区。其基因排列顺序一致，但基因组长度和核苷酸组成存在差异。起始密码子有 6 种，终止密码子有 3 种，tRNA 具有典型的三叶草二级结构，但部分存在异常。此外，卤虫的核苷酸组成在不同类群中有所不同，可分为三个组，且密码子使用模式也存在差异12。
• 种内多样性和遗传距离：研究发现，ATP8 基因的可变位点百分比和核苷酸多样性最高，COX1 基因最低，这表明它们分别是卤虫线粒体基因中的非保守和保守基因，反映了线粒体基因的复杂性和功能差异5。
• 系统发育和起源：系统发育树显示，A. persimilis 位于基部进化枝，A. salina 的 “长分支长度” 并非系统误差，而是真实的系统发育特征。亚洲卤虫分为两个主要进化枝，且之前研究中拓扑结构的差异可能是由于忽略了 “长分支长度”3。
• 分歧时间：研究表明，卤虫的多样化始于约 3397 万年前的古近纪，随后经历了多次分歧事件。不同地区和类群的卤虫在不同地质时期发生分化，如北美和亚洲卤虫的分化时间不同，部分孤雌生殖系的分化也有特定的时间节点4。

在讨论部分，研究人员指出，线粒体基因组的变异可能影响卤虫对高盐环境的适应，其控制区域的不保守性值得进一步研究。在系统发育和进化方面，“严格时钟” 方法更适合本研究数据集，这一结论纠正了以往研究中使用 “放松时钟” 方法导致的错误推断。此外，研究还对一些卤虫物种的分类地位进行了重新评估，明确了 A. monica 和 A. franciscana 是两个独立物种，否定了 A. tibetiana 与 A. urmiana 的同义化以及它们属于 “物种复合体” 的观点。同时，研究还揭示了孤雌生殖系的起源并非单一，而是多起源的，并且对其起源的各种假设进行了讨论和修正。

总的来说，这项研究通过对卤虫线粒体基因组的全面分析，为卤虫的系统发育和进化研究提供了清晰的脉络，解决了以往研究中的诸多争议，为后续进一步研究卤虫的生物学特性和进化机制奠定了坚实基础。它不仅有助于我们更深入地理解卤虫这一独特生物群体，也为其他生物的进化研究提供了重要的参考和借鉴。