南太平洋特有古老叶甲线粒体基因组破译：填补Eumolpinae进化空白的关键证据

《BMC Genomics》：The first complete mitochondrial genome sequences of an ancient orphan evolutionary lineage of Eumolpinae leaf beetles endemic to the South Pacific

本研究针对昆虫线粒体基因组（mitogenome）数据库存在严重分类偏差的问题，以南太平洋特有古老叶甲属Taophila为研究对象，首次完成其3个物种的完整线粒体基因组测序与注释。研究通过Illumina测序与MitoZ流程组装，揭示其基因组结构保守、密码子使用偏好受突变压力主导，并构建首幅涵盖Eumolpinae、Cryptocephalinae和Lamprosomatinae的线粒体系统发育树，明确Taophila属于Eumolpini部落中独立演化分支。该成果为追溯南太平洋叶甲类群起源及南极洲生物地理假说验证提供关键分子数据，凸显分类学 expertise 对基因组资源建设的重要性。

　　

在生命之树的绘制过程中，线粒体基因组（mitogenome）如同一位沉默的史官，记录着动物类群的演化历程。然而，当前公共数据库中的线粒体基因组数据存在严重的分类偏差：虽然昆虫占已知动物物种的75%，但其线粒体基因组仅占数据库的31.1%，而物种数量稀少的脊椎动物却占据了近半壁江山。在昆虫中，甲虫（鞘翅目 Coleoptera）作为最庞大的类群之一，其线粒体基因组覆盖率不足千分之二，且主要集中在农业害虫类群。其中，叶甲科（Chrysomelidae）的Eumolpinae亚科作为热带地区高度多样化的类群，因缺乏分类学资源和研究关注，至今仅有5个亚洲物种的线粒体基因组被解析，其演化地位和系统发育关系长期模糊不清。

更令人着迷的是，南太平洋岛屿上栖息着一支古老的Eumolpinae叶甲——Taophila属。它们是白垩纪-古近纪交界时期形成的“孤儿演化支系”，与其它Eumolpini部落成员缺乏明确的亲缘关系，其起源可能与被南极洲冰封的灭绝祖先有关。解开这一演化谜题，亟需突破性的分子数据支撑。为此，研究团队首次对Taophila属三个物种进行完整线粒体基因组测序，填补了这一关键演化空白，并为揭示南太平洋生物地理历史提供了新线索。

研究采用Illumina双端测序技术对非破坏性提取的基因组DNA进行测序，通过MitoZ流程完成组装与注释，并利用MAFFT对蛋白编码基因（PCG）和rRNA基因进行多序列比对，结合最大似然法（RAxML NG）和贝叶斯推断（MrBayes）构建系统发育树。样本来源于新喀里多尼亚岛的野外采集标本。

线粒体基因组特征分析

研究显示，Taophila三物种的线粒体基因组长度在15,484–15,597 bp之间，属于昆虫中较小的基因组，主要因控制区较短所致。其基因顺序与昆虫祖先状态一致，仅存在trnA和trnR位置互换，这一特征被证实是Eumolpinae、Cryptocephalinae和Lamprosomatinae的共源性状。密码子使用分析表明，氨基酸使用频率高度保守，疏水性氨基酸（如亮氨酸Leu、苯丙氨酸Phe）占比最高，且同义密码子偏好以A/T结尾，核苷酸组成偏倚主要受突变压力而非自然选择驱动。

Eumolpinae支系的线粒体系统发育学

基于13个PCG和2个rRNA基因构建的系统发育树强烈支持Eumolpinae、Cryptocephalinae和Lamprosomatinae构成单系群，且其内部拓扑结构与既往核基因研究一致。Cryptocephalinae部落间关系存在多歧式分化，暗示其早期快速辐射；Eumolpini内部亦呈现多分支结构，Taophila作为南太平洋特有支系，是其中三个主要演化分支之一。然而，部分广布属（如Basilepta、Colasposoma）的非单系性可能源于分类学鉴定误差，凸显了分类学专家参与数据注释的重要性。

本研究成功将Taophila这一“缺失的演化环节”纳入线粒体基因组数据库，不仅为南太平洋叶甲类群的起源提供了关键分子证据，更凸显了在基因组学时代，分类学专业知识对数据质量的核心意义。随着环境DNA测序技术的普及，未来或有望从宏基因组数据中偶然发现Taophila的现存近亲，从而验证其是否真正源于南极洲的灭绝祖先。这一研究发表于《BMC Genomics》，为全球生命之树填补了一块重要的南太平洋拼图。