海南拟蝎蝽线粒体基因组分析揭示其系统发育地位

《Scientific Reports》：Analysis of the mitochondrial genome of Neuroctenus hainanensis and the phylogenetic position of Aradoidea

本研究通过对海南拟蝎蝽（Neuroctenus hainanensis）线粒体基因组的测序与分析，揭示了其在半翅目（Hemiptera）中的系统发育地位，为理解其进化关系提供了重要数据。

　　海南拟蝎蝽（Neuroctenus hainanensis）是一种主要分布于中国南方的昆虫，其所属的半翅目（Hemiptera）是昆虫纲中一个极为重要的类群，包含许多对农业有重大影响的害虫。然而，目前对于海南拟蝎蝽的分子数据和系统发育研究相对较少。为了填补这一空白，内蒙古师范大学生命科学与技术学院的研究人员开展了对海南拟蝎蝽线粒体基因组的测序与分析工作。

该研究通过二代测序技术对海南拟蝎蝽的线粒体基因组进行了测序、组装和注释。研究发现，海南拟蝎蝽的线粒体基因组长度为15,213 bp，包含37个基因和一个AT富集区，整体呈现AT偏好性。通过对tRNA基因的二级结构分析发现，trnS1缺乏DHU臂，形成简单的环状结构，而其他tRNA则呈现完整的三叶草结构。利用贝叶斯推断（BI）和最大似然（ML）方法重建了半翅目中的盾蝽总科（Pentatomomorpha）的系统发育关系，结果表明海南拟蝎蝽属于拟蝎蝽属（Neuroctenus），且拟蝎蝽属与Mezira属为姐妹群关系。此外，研究还发现海南拟蝎蝽的线粒体基因组在密码子使用偏好性、核苷酸组成、tRNA二级结构和进化速率等方面具有独特特征。

研究结果为分析海南拟蝎蝽的进化关系提供了基础数据，有助于深入理解半翅目昆虫的系统发育和进化历程。论文发表在《Scientific Reports》上，为相关领域的研究提供了重要的参考。

在研究方法上，研究人员首先从海南岛五指山地区采集了海南拟蝎蝽成虫样本，提取其基因组DNA后，利用Illumina NovaSeq 6000平台进行测序，获得6 Gb的清洁数据。随后，通过SPAdes软件进行基因组组装，并利用MITOS和tRNAscan-SE等工具进行基因注释和tRNA定位。通过计算相对同义密码子使用频率（RSCU）分析密码子偏好性，并利用DnaSP软件分析蛋白编码基因（PCGs）的非同义替换率与同义替换率比值（Ka/Ks）。此外，还通过AliGROOVE软件评估数据集的异质性，并结合BI和ML方法构建系统发育树。

通过对海南拟蝎蝽线粒体基因组的结构分析发现，其基因组包含13个蛋白编码基因（PCGs）、22个tRNA基因和2个rRNA基因，且存在多个基因重叠和基因间隔区。核苷酸组成分析显示，整个基因组的A+T含量为67.5%，表明其具有明显的AT偏好性。在密码子使用偏好性方面，海南拟蝎蝽倾向于使用以A/U结尾的密码子，且Met在PCGs中所占比例最高（8.9%），而Cys的使用频率最低（1.4%）。进化速率分析表明，13个PCGs的Ka/Ks值均小于1，表明这些基因受到纯化选择作用，其中cox1基因的进化速率最低（0.09），而atp8基因的进化速率相对较高（0.65）。

在tRNA和rRNA方面，海南拟蝎蝽的22个tRNA基因长度在61-69 bp之间，总长度为1432 bp，且大多数tRNA能够形成完整的三叶草结构，但trnS1由于缺乏DHU臂而无法形成典型结构。rrnL和rrnS基因分别长1255 bp和743 bp，且均位于N链上。控制区长度为817 bp，位于rrnS和trnQ之间，其核苷酸组成中A（34.4%）、T（31.1%）、C（17.6%）和G（16.9%）。

系统发育分析结果表明，海南拟蝎蝽所在的拟蝎蝽属与Mezira属为姐妹群关系，且Aradoidea在Pentatomomorpha中为单系群，位于该总科的基部。其余超科形成两个主要支系，其中一个为单系的Pentatomoidea，另一个包括并系的Pyrrhocoroidea、Coreoidea和Lygaeoidea，所有关键节点的支持值均较高。

综上所述，该研究通过对海南拟蝎蝽线粒体基因组的全面分析，揭示了其在半翅目中的系统发育地位，并为理解其进化关系提供了重要数据。研究结果不仅丰富了半翅目昆虫的分子数据，还为后续的进化生物学研究和害虫防治工作提供了理论依据。