Ischiodon scutellaris（双翅目：食蚜蝇科：食蚜蝇亚科）的完整线粒体基因组

《Mitochondrial DNA Part B》：The complete mitochondrial genome of Ischiodon scutellaris (Diptera: Syrphidae: Syrphinae)

本研究首次完整测序了食蚜蝇科物种Ischiodon scutellaris的线粒体基因组，全长15,815 bp，A+T含量达80.7%。包含13个蛋白质编码基因、22个tRNA、2个rRNA及调控区。系统发育分析表明该物种与Scaeva affinis形成姐妹类群，并与Eupeodes属多个物种聚类，揭示了其系统发育地位及生态适应性。

　　本研究首次完成了对一种重要的捕食性蝇类——*Ischiodon scutellaris*（*Ischiodon*属，蝇科Syrphidae）的完整线粒体基因组测序与分析。该线粒体基因组全长为15,815个碱基对（bp），其AT含量高达80.7%，这一特征在许多昆虫中较为常见，尤其在那些具有快速进化或高代谢率的物种中。线粒体基因组通常包含特定数量的基因，这些基因主要负责能量代谢和细胞呼吸过程，是昆虫研究中的重要对象。本研究的线粒体基因组包含了13个蛋白质编码基因（PCGs）、22个转运核糖核酸（tRNA）基因、2个核糖体RNA（rRNA）基因以及一个控制区（control region）。这些基因的排列和功能对于理解昆虫的进化历史、系统发育关系以及生物学特性具有重要意义。

在蛋白质编码基因的起始密码子方面，所有PCGs均以ATN（其中N代表G、C或T）开始，只有*COX1*和*ND1*两个基因使用TTG作为起始密码子。这种起始密码子的多样性可能反映了线粒体基因组在不同物种中的适应性变化。在终止密码子方面，有10个PCGs使用TAA作为终止信号，而另外三个基因（*COX1*、*ATP6*和*ND5*）则以单一的T碱基结束，形成不完整的终止密码子。这种不完整的终止密码子在许多昆虫线粒体基因组中都较为常见，可能是由于基因组的紧凑性或转录后加工机制的差异所导致。基因的起始和终止方式对于基因表达调控具有关键作用，因此这些特征的分析有助于进一步揭示*Ischiodon scutellaris*的基因表达模式。

线粒体基因组的结构通常具有高度保守性，但不同物种之间仍存在一定的变异。在本研究中，*Ischiodon scutellaris*的线粒体基因组显示出明显的基因分布特征。其中，23个基因位于重链（J-strand），而14个基因则位于轻链（N-strand）。这种基因分布模式在昆虫线粒体基因组中较为典型，反映了基因组的双链结构和基因排列的非对称性。此外，22个tRNA基因的长度范围为64至72 bp，显示出一定的基因长度差异，这可能与基因的进化速率或功能需求有关。12S rRNA和16S rRNA基因分别长度为822 bp和1340 bp，这些基因在大多数昆虫中具有相似的结构，主要参与核糖体的构建和功能。控制区的长度为776 bp，是线粒体基因组中一个重要的非编码区域，通常包含复制起点、转录调控元件以及可能的重组位点，对线粒体DNA的复制和表达起着关键作用。

基因组中还存在多个基因间的间隔区（intergenic spacers），其长度从1 bp到80 bp不等，分布在19对基因之间。这些间隔区的长度差异可能与基因的进化速率、功能调控或基因组的重组有关。此外，有8对基因之间存在重叠区域，重叠长度为1至19 bp，总共占43 bp的序列重叠。基因重叠现象在昆虫线粒体基因组中较为普遍，可能是为了提高基因组的紧凑性，减少基因组的总体长度，同时确保基因表达的高效性。这种基因组结构的特征为研究昆虫的基因组织方式提供了新的视角。

在系统发育分析方面，本研究采用最大似然法（maximum likelihood, ML）对22个物种的线粒体基因组进行了分析，其中包括19个Syrphinae亚科和2个Eristalinae亚科的物种，其中后者作为外群（outgroup）用于比较分析。通过分析13个PCGs的序列，构建了系统发育树，结果显示*Ischiodon scutellaris*与*Scaeva affinis*形成了一个姐妹群（sister clade），两者之间的遗传距离为0.0304，且该分支的Bootstrap支持值为100%，表明其系统发育关系具有高度的可信度。此外，*Ischiodon scutellaris*与多个*Eupeodes*属物种形成了一个单系群（monophyletic group），这一关系也得到了100%的Bootstrap支持值。这表明*Ischiodon scutellaris*在系统发育树中具有独特的演化路径，同时也揭示了其与*Eupeodes*属物种之间的亲缘关系。通过这种系统发育分析，研究者能够更准确地划分昆虫的分类单元，并为理解其进化过程提供依据。

进一步分析表明，*Ischiodon scutellaris*与*Scaeva affinis*以及*Eupeodes*属物种共同构成一个更大的演化分支。这一发现不仅有助于厘清该物种在蝇科中的分类地位，还为研究其生态适应机制提供了线索。例如，*Ischiodon scutellaris*作为一种重要的蚜虫捕食者，在农业害虫控制中具有重要应用价值。其幼虫阶段的捕食能力非常强，每只个体可以捕食多达278只蚜虫，且在福建地区每年可完成6至7代繁殖，以蛹的形式在土壤中越冬或休眠。这种生命周期特征使其成为一种高效的生物防治工具，而其线粒体基因组的解析则为后续研究其生物学特性、种群遗传结构以及生态适应机制提供了分子基础。

本研究的线粒体基因组测序采用了高通量测序技术，通过提取成虫的胸部分泌物并使用TIANamp Genomic DNA Kit进行DNA提取。随后，DNA被酶切处理为350 bp的片段，并进行末端修复、A尾添加以及与Illumina接头的连接，以构建测序文库。文库经过定量分析和尺寸筛选后，使用Illumina NovaSeq X Plus平台进行双端测序（2×150 bp），确保了测序数据的高质量和完整性。原始测序数据经过Fastp软件进行过滤处理，去除低质量读段和潜在的污染数据。随后，利用NOVOPlasty和GetOrganelle软件进行线粒体基因组的拼接和组装，最终获得了完整的线粒体基因组序列。测序数据的覆盖深度平均为4582倍，最大覆盖深度达到15,389倍，最小为11倍，表明测序数据具有极高的准确性和可靠性。这一覆盖深度的分布情况也通过图示方式呈现，进一步验证了基因组组装的完整性。

线粒体基因组的注释工作使用了MITOS软件，该软件专门用于线粒体基因组的自动注释，能够识别基因的位置、方向和功能。随后，使用Geneious Prime（v2024.0.5）对注释结果进行了人工校正，确保了基因功能的准确性。最终，通过CGview软件对线粒体基因组进行了可视化处理，绘制出一个环形图，直观展示了基因的排列方式和分布特征。这一环形图不仅有助于理解基因组的结构，也为后续的基因功能研究提供了基础。

在系统发育分析过程中，研究者选择了多个Syrphinae亚科和Eristalinae亚科的线粒体基因组序列作为参考。其中，Eristalinae亚科的两个物种被用作外群，以帮助构建更准确的系统发育树。通过使用MAFFT软件进行多序列比对，研究者确保了序列的对齐质量。随后，使用ModelFinder软件确定了最适合的分子进化模型，即GTR+ F + I + R2模型，该模型能够有效描述序列的进化过程，包括碱基替换率、频率偏倚以及插入缺失等现象。最终，使用IQ-TREE软件（v2.4.0）构建了最大似然法的系统发育树，并通过1000次Bootstrap重复验证了分支的稳定性。系统发育树的构建结果表明，*Ischiodon scutellaris*与*Scaeva affinis*之间的姐妹群关系得到了充分支持，同时也与多个*Eupeodes*属物种形成了紧密的演化关系。这些结果不仅有助于厘清该物种在蝇科中的分类地位，还为理解其生态适应机制提供了新的视角。

本研究的发现对于昆虫系统发育学和线粒体基因组学领域具有重要意义。首先，它填补了*Ischiodon scutellaris*线粒体基因组研究的空白，为后续的分子生物学研究提供了宝贵的基因组资源。其次，通过系统发育分析，研究者能够更准确地划分昆虫的演化分支，为分类学研究提供新的依据。此外，线粒体基因组的结构特征，如基因排列、密码子使用偏好以及基因重叠现象，也为理解昆虫基因组的演化机制提供了重要线索。最后，本研究的结果还可能对生物防治策略的制定产生影响，因为*Ischiodon scutellaris*作为一种高效的蚜虫捕食者，其线粒体基因组的解析有助于进一步探索其生理特性、种群遗传结构以及环境适应能力，从而为农业害虫的生物防治提供理论支持。

在实际应用方面，尽管本研究提供了*Ischiodon scutellaris*的线粒体基因组信息，但其在生物防治中的应用仍需进一步验证。例如，需要通过田间试验评估其在不同环境条件下的捕食效率、种群动态以及与其他天敌昆虫的协同作用。此外，还需研究其基因组的遗传多样性，以确保其在不同地区的适应性和稳定性。这些研究不仅有助于提高生物防治的效果，还可能为昆虫的保护和利用提供科学依据。因此，本研究为昆虫基因组学和系统发育学领域提供了新的数据支持，同时也为生物防治研究奠定了基础。

综上所述，本研究首次完成了*Ischiodon scutellaris*的完整线粒体基因组测序，揭示了其基因组的基本特征和系统发育关系。这一成果不仅有助于理解该物种的生物学特性，还为昆虫的分类学研究和生物防治策略的制定提供了重要依据。线粒体基因组的结构特征和系统发育分析结果表明，*Ischiodon scutellaris*在蝇科中的演化地位具有独特性，其与*Scaeva affinis*和多个*Eupeodes*属物种的姐妹群关系进一步支持了其分类地位。未来的研究可以基于这些基因组数据，深入探讨该物种的生态适应机制、遗传多样性以及在生物防治中的潜在应用价值，从而推动昆虫学和生态学领域的进一步发展。