250万年平行进化揭示食木甲虫GH28基因家族的趋同转移与功能分化机制

本研究针对食木甲虫植物细胞壁降解基因的进化起源问题，通过比较基因组学揭示了天牛科沟胫天牛亚科和吉丁科Agrilinae亚科独立获得真菌来源的GH28基因（多聚半乳糖醛酸酶），并发现在250万年分化后仍保持合成性保守与功能适应性进化，为水平基因转移（HGT）驱动植食性昆虫生态适应性提供了关键证据。

　　

通过追溯2.5亿年前分化的两大食木甲虫类群——天牛科沟胫天牛亚科（Cerambycidae: Lamiinae）和吉丁科Agrilinae亚科（Buprestidae: Agrilinae）中糖苷水解酶28家族（GH28）基因的进化轨迹，研究发现这两类远缘甲虫独立从子囊菌门真菌（ascomycete fungi）通过水平基因转移（HGT）获得了功能相似的"新型"GH28基因，而非其他天牛科物种保留的"祖先型"基因。比较基因组分析显示，两亚科内部GH28基因位点存在合成性保守（synteny），但类群间无共线性，印证了独立获得与内源保留机制。后续谱系特异性基因扩增导致GH28拷贝数增加，蛋白质结构建模揭示其活性位点与底物结合区域发生分化，表明功能特异性适应。正选择信号进一步支持了两类甲虫中GH28酶的适应性进化。该研究揭示了远缘食木甲虫通过趋同的HGT事件与基因复制策略实现植物细胞壁降解能力的创新，为植食性昆虫的营养生态位专化与进化成功提供了分子进化视角。