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【编辑推荐】为探明日本沼虾（Macrobrachium nipponense）在中国的起源与扩散路径，研究人员基于线粒体细胞色素 C 氧化酶亚基 I（cox1）基因、13 个蛋白编码基因（13 PCGs）、核标记（28S rRNA）及 SNP，分析 5 个地理种群的遗传多样性与系统发育关系。发现其起源于华东，沿长江和大运河扩散，为入侵生物学和水系连通性研究提供重要参考。
日本沼虾（Macrobrachium nipponense）是东亚地区重要的淡水经济甲壳动物，广泛分布于中国的湖泊与河流中。然而，其地理起源与扩散机制长期以来困扰着学界。一方面，淡水生态系统受人类活动干扰强烈，水系连通性增加了物种扩散的复杂性；另一方面，传统形态学方法难以解析种群间的遗传分化。因此，揭示日本沼虾的种群遗传结构与迁徙路径，对理解其适应性进化和生物地理格局具有重要科学意义，也可为水产资源管理提供理论依据。
为解决这一科学问题，上海海洋大学等机构的研究人员开展了系统性研究。他们从中国 4 个湖泊（呼伦湖、太湖、鄱阳湖、抚仙湖）和 1 条河流（海河）采集了 126 份日本沼虾样本，通过全基因组重测序和线粒体基因组组装，结合线粒体标记（cox1、13 PCGs）、核标记（28S rRNA）及单核苷酸多态性（SNP），构建了种群遗传图谱，解析了群体结构与扩散历史。研究成果发表于《BMC Genomics》，为日本沼虾的演化研究提供了新视角。
研究采用的关键技术包括：①线粒体基因组测序与组装：利用 Illumina NovaSeq 平台对 5 个代表性样本进行测序，通过 SPAdes 软件完成线粒体基因组组装，并注释 13 个蛋白编码基因、22 个 tRNA 基因和 2 个 rRNA 基因；②遗传多样性分析：基于 DnaSP 和 Arlequin 软件计算核苷酸多样性（π）、单倍型多样性（Hd）等参数，进行分子方差分析（AMOVA）和中性检验（Tajima’s D、Fu and Li’s test）；③系统发育分析：通过 MAFFT 进行序列比对，利用 RAxML 和 MEGA 构建最大似然（ML）树和邻接（NJ）树，结合 SNP 数据推断种群分化关系。
研究结果
1. 线粒体基因组特征
5 个种群的线粒体基因组长度为 15,774–15,784 bp，均为环状双链 DNA，包含典型的 37 个基因（13 PCGs、22 tRNA、2 rRNA）。核苷酸组成表现为 A+T 偏倚（66.02%–66.33%），与其他甲壳类一致。值得注意的是，cox1 基因以 ACG 为起始密码子，部分基因使用不完全终止密码子（如 T–），tRNASer(AGN)缺失 DHU 臂，这些特征与后生动物线粒体基因组的典型结构相符。
2. 遗传多样性与种群结构
基于 cox1 基因分析，全种群核苷酸多样性 π 为 0.03013±0.00618，呼伦湖种群（π=0.03562±0.02538）最高，抚仙湖种群（π=0.00500±0.00110）最低。单倍型网络和系统发育树显示，33 个 cox1 单倍型和 101 个 13 PCGs 单倍型聚为 3 个主要支系：支系 A 包含呼伦湖和海河部分样本，支系 B 为抚仙湖特有，支系 C 则以海河、太湖、鄱阳湖为主，混合少量其他种群样本。核标记 28S 和 SNP 分析结果与线粒体标记一致，支持三分支结构。
3. 扩散路线推断
结合地理分布与遗传分化，研究提出日本沼虾起源于华东地区（如太湖周边），随后沿长江向西扩散至鄱阳湖、抚仙湖，向北通过大运河扩散至海河和呼伦湖。这一过程可能受第四纪冰期气候波动和水系连通性驱动，例如呼伦湖在全新世的海陆变迁为种群扩张提供了生态位，而抚仙湖因地理隔离形成独立支系。
结论与讨论
本研究通过多组学方法揭示了日本沼虾在中国的遗传多样性格局与扩散历史，证实其起源于华东并呈 “辐射状” 扩散模式。研究结果不仅解决了该物种的地理起源争议，还为淡水生物入侵机制提供了新证据 —— 例如海河与太湖种群的高基因流可能与人工水系（如大运河）连通相关。此外，线粒体基因组特征为甲壳类分子进化研究提供了参考，而中性检验显示多数种群经历过扩张事件，暗示其对环境变化的强适应性。
该研究的科学意义在于：①首次整合线粒体与核基因组数据解析日本沼虾种群历史，提升了结果可靠性；②提出的扩散路线与中国水系演化史吻合，为生物地理学研究提供了典型案例；③揭示的遗传结构差异可为水产养殖中的种质资源保护提供理论依据，例如优先保护呼伦湖等遗传多样性热点区域。未来研究可进一步结合古气候数据与全基因组重测序，深入解析种群分化的分子机制。
