基于线粒体基因组比较分析的14种海鳝系统发育关系与温度适应性研究

《BMC Ecology and Evolution》：Comparative analysis of complete mitochondrial genomes of fourteen moray eels (Anguilliformes: Muraenidae) and primary exploration of their phylogenetic relationship and temperature adaptation

本研究针对海鳝科鱼类线粒体基因组信息匮乏及系统发育关系不明的问题，通过对12种裸胸鳝和2种蝮鳝的完整线粒体基因组进行测序组装，首次在鳗鲡亚目中发现三种基因重排类型。系统发育分析揭示各科间演化关系，选择压力分析表明cox3基因在温水适应中可能通过维持能量代谢发挥关键作用，为海洋鱼类环境适应机制研究提供重要遗传标记。

　　

在热带和亚热带海域的珊瑚礁缝隙中，栖息着一类形如游蛇的奇特鱼类——海鳝。它们不仅具有攻击性捕食行为，更是维持珊瑚礁生态系统平衡的关键物种。然而尽管已发现约210种海鳝，其遗传资源特别是线粒体基因组信息仍十分匮乏，导致系统发育关系和温度适应机制研究进展缓慢。传统形态学分类面临挑战，现有研究表明鳗鲡目下的三个亚目可能均为多系群，亟需基因组证据厘清演化脉络。

研究人员从中国南海海域采集12种裸胸鳝属和2种蝮鳝属样本，通过Illumina HiSeq 2500平台进行测序，使用GetOrganelle工具组装线粒体基因组。采用MITOS和tRNAscan-SE进行基因注释，通过MAFFT和Gblocks进行多序列比对。系统发育分析结合最大似然法和贝叶斯推断法，利用BEAST软件进行分歧时间估算，并通过DnaSP计算非同义突变率(Ka)和同义突变率(Ks)比值。

线粒体基因组特征分析显示，14个物种的线粒体基因组长度约16.5kb，GC含量41.1%-46.1%，均编码37个基因包括13个PCGs。密码子使用模式分析发现CGA密码子使用频率最高(RSCU>2.0)，可能与温水环境适应相关。

基因重排分析首次在鳗鲡亚目中发现三种重排类型：Xenocongridae、Moringuidae等科呈现nad5-nad6-trnE-ctyb-trnT重排（B型），Heterenchelyidae科trnL1插入trnL2与nad1间（C型），Anguillidae科与B型相似但trnQ位于正链。

系统发育分析基于51个物种的13个PCGs构建进化树，显示海鳝科与Myrocongridae科亲缘最近，与Heterenchelyidae科最远。分歧时间估算表明海鳝科分化时间约6100万年前，与Myrocongridae科分化约6800万年前。

选择压力分析显示所有PCGs的Ka/Ks值均小于1，表明纯化选择占主导。atp8基因具有最高Ka和Ka/Ks值，而cox3基因非同义突变值最小，提示其在维持氧化磷酸化(OXPHOS)功能中具有重要保守性。

本研究通过解析14种海鳝线粒体基因组，揭示基因重排模式与系统发育关系，发现cox3基因在温水适应中的潜在作用。研究成果不仅填补海鳝科遗传资源空白，为海洋生物温度适应机制研究提供新视角，对珊瑚礁生态系统保护具有重要科学价值。