亚马逊丝须短平口鲶线粒体基因组与鲶形目体型演化的新发现

《Scientific Reports》：The complete mitogenome of Amazonian Brachyplatystoma filamentosum and the evolutionary history of body size in the order Siluriformes

为探究鲶形目（Siluriformes）体型演化，研究人员测序分析其线粒体基因组，揭示演化历程及体型变化规律，意义重大。

　　鲶鱼，作为淡水鱼类中庞大且多样的家族，其成员体型差异悬殊，小至几厘米，大到数米。这种体型上的巨大差异，不仅让鲶鱼成为研究生物体型演化的绝佳对象，也引发了人们对其背后演化机制的好奇。在众多鲶鱼种类中，亚马逊丝须短平口鲶（Brachyplatystoma filamentosum），也就是俗称的皮拉伊巴（Piraíba），是亚马逊流域体型最大的鲶鱼之一，它在生态系统中占据着独特的地位。然而，由于商业捕捞的过度开发，其种群数量正面临着严峻的挑战。

在此背景下，来自巴西多所科研机构的研究人员开展了一项关于鲶形目体型演化的研究。他们对亚马逊丝须短平口鲶的线粒体基因组进行测序和分析，旨在揭示鲶形目鱼类的演化历史以及体型变化的规律。这一研究成果发表在《Scientific Reports》上，为深入了解鲶形目鱼类的生物学特性和保护策略提供了重要依据。

在研究方法上，研究人员从巴西帕拉州贝伦市的 Ver-o-Peso 市场收集了 2 条新鲜的亚马逊丝须短平口鲶成年标本。通过酚 - 氯仿法从胸鳍组织中提取基因组 DNA，利用 PacBio Sequel I 系统和 Illumina NextSeq 550 平台分别对两个样本进行测序。之后，运用 NOVOPlasty 和 Organelle PBA 等软件进行线粒体基因组组装，借助 Mitos、MitoAnnotator 和 tRNAscan-SE 等工具进行注释。为了构建系统发育树，研究人员从 NCBI 基因组数据库中获取了其他鲶形目鱼类的线粒体基因组序列，并利用 MUSCLE 进行比对，采用最大似然法（Maximum Likelihood）和 RelTime 方法进行分析。此外，研究人员还从 FishBase 数据库中获取鱼类样本的最大体型数据，通过 BayesTraits 程序估计 Fabric 模型中的 β（directional change）和 υ（evolvability change）参数，以此来探究体型的演化动态。

研究结果如下：

1. 亚马逊丝须短平口鲶线粒体基因组结构：亚马逊丝须短平口鲶的线粒体基因组全长 16,566 bp，GC 含量为 42.21%，D - loop 长度为 911 bp。它包含 13 个蛋白质编码基因（PCGs）、22 个 tRNA 和 2 个 rRNA，其中 28 个基因位于重链（H - strand），ND6 和 8 个 tRNA 位于轻链（L - strand）。除 COI 的起始密码子为 GTG 外，其余 PCGs 的起始密码子均为 ATG。部分 PCGs 的终止密码子不完整，22 个 tRNAs 中除 tRNA_Ser（S1）外，均具有典型的三叶草结构。
2. 鲶形目系统发育树与体型演化：时间校准的最大似然树显示，鲶形目起源于约 1.184 亿年前（Ma）。其中，甲鲶亚目（Loricarioidei）最先分化，随后是双背鳍鲶亚目（Diplomystoidei）和鲶亚目（Siluroidei）。鲶亚目在约 9410 万年前经历了快速扩张。在鲶形目主要分支中，除 “大非洲” 组外，均至少有一个分支存在显著的体型定向变化。研究还发现，亚马逊丝须短平口鲶体型显著增大，在 4080 万年间增大了 5.65 倍。但整体上，鲶形目体型演化没有明显的变大或变小的全球趋势。

研究结论和讨论部分指出，亚马逊丝须短平口鲶的线粒体基因组是该属首个被测序的基因组，其特征与其他相关物种相似，为后续研究提供了重要参考。此次研究的系统发育分析涵盖了 137 种鲶形目鱼类，丰富了该领域的研究数据。研究推断鲶形目起源于晚白垩世，这一结论与化石数据吻合度较高，但仍受校准时间节点的影响。在体型演化方面，虽然研究未发现全球趋势，但温度、捕食压力和物种栖息地等因素对鲶形目体型变化有重要影响。此外，体型变化与物种形成速率也存在关联，一些体型变化明显的分支可作为研究鲶形目体型多样性遗传基础的重要对象。

综上所述，该研究通过对亚马逊丝须短平口鲶线粒体基因组的分析，为鲶形目鱼类的演化历史和体型变化研究提供了新的见解。这不仅有助于我们深入理解生物进化的奥秘，也为亚马逊丝须短平口鲶等濒危物种的保护和管理提供了科学依据。未来，随着研究的不断深入，有望进一步揭示鲶形目鱼类的生物学特性和演化规律，为生物多样性保护和可持续利用做出更大贡献。