Lucidina vitalisi（鞘翅目：萤科）的完整线粒体基因组及其系统发育分析

东 Asian暗火萤Lucidina vitalisi完整线粒体基因组测序及系统发育分析。该基因组长14882bp，含37个标准基因及259bp控制区，AT富集特征显著（A+T占比78.15%）。系统发育表明其与未命名Lucidina种形成姐妹群，属Lampyrinae亚科，支持该科系统分类修订。为东亚暗萤比较基因组与保护遗传学研究提供重要资源。

　　
东亚暗色萤火虫Lucidina vitalisi的线粒体基因组解析与系统发育定位研究

摘要
本研究首次完成东亚暗色萤火虫Lucidina vitalisi的完整线粒体基因组测序工作。通过构建包含13个蛋白编码基因的系统发育树，明确该物种在萤火虫科系统发育中的独特地位。基因组分析揭示其具有典型的昆虫线粒体基因组成特征，同时展现出显著的A+T富集特性（AT含量达78.15%），控制区长度为259bp，与已发表的萤火虫属线粒体基因组呈现高度一致性。该研究成果为东亚萤火虫的系统分类修订提供了重要分子证据，并为后续种群遗传学研究奠定了基础。

引言
Lucidina vitalisi作为东亚特有暗色萤火虫的代表物种，其形态学特征介于典型发光种与完全无光种之间。该物种具有独特的触角锯齿状结构、红褐色前胸背板中央暗纵带及腹部微弱发光器官等鉴别特征。尽管形态学分类已有百年研究历史，但该属物种的线粒体基因组数据长期匮乏，导致其系统发育位置存在争议。

研究团队通过采集浙江丽水百山祖国家级自然保护区2023年5月的活体标本（地理坐标27°45'39.6"N, 119°11'52.8"E），采用Illumina HiSeq 2500平台进行全基因组测序。通过BWA-MEM算法比对参考基因组Abscondita anceyi、Diaphanes citrinus和Photinus pyralis的线粒体序列，结合SPAdes和GetOrganelle双组装策略，最终获得14,882bp的完整环状线粒体基因组序列。基因组注释经MITOS2、NCBI BLAST+、GeneWise等多工具交叉验证，确保了基因边界和ORF的准确性。

关键发现
1. 基因组结构特征：
- 完整包含37个标准基因（13PCGs+22tRNAs+2rRNAs+1控制区）
- 基因排列符合昆虫祖先模式，保留IQM tRNA簇（trnI-trnQ-trnM）
- 控制区长度259bp，GC含量10.04%，显著低于其他基因区域（整体GC含量21.85%）
- 基因编码方向符合标准昆虫模式，仅COX1-3和ND5存在不完整终止密码子

2. 系统发育分析：
- 基于全基因组比对构建最大似然系统发育树
- Lucidina vitalisi与未命名Lucidina种形成姐妹群（BS=100%）
- 确定属于Lampyrinae亚科，与Luciolinae亚科（如Abscondita、Nipponoluciola）形成明确分支
- 支持Lampyridae科内近期修订的族级分类体系（Keller和Martin, 2024）

3. 基因组特征比较：
- AT富集特征与同科其他物种（Diaphanes citrinus、Pyrocoelia rufa等）保持高度一致
- tRNA基因平均长度63.4bp（范围60-70bp），rRNA基因GC含量分别为18.43%（rrn16）和20.38%（rrn12）
- 控制区序列特征与已发表的Lampyridae物种相似度达82%

研究意义
1. 系统分类学突破：
- 填补了Lucidina属首个完整线粒体基因组的空白
- 明确该属与近缘属Lampyris、Pyrocoelia的进化关系
- 支持Lampyrinae亚科内部 tribe Lucidotini的形态-分子证据融合

2. 分子遗传学应用：
- 建立东亚萤火虫属的标准化分子标记体系
- 为种群遗传结构分析提供参考框架（控制区变异率预测达0.15%）
- 支持保护遗传学中的近缘种鉴定和种群遗传评估

3. 进化生物学启示：
- 发现控制区序列存在独特的正向重复结构（长度147bp）
- 检测到ND6基因的长度变异（本种731bp，其他物种670-752bp）
- 揭示Lampyrinae与Luciolinae亚科间的遗传分化水平（D=0.12）

方法学创新
1. 多源组装策略：
- 采用SPAdes进行参考基因组引导组装
- 同步运行GetOrganelle进行去参考依赖组装
- 通过MitoZ和Pilon实现最终基因组优化

2. 系统发育分析：
- 构建13个PCGs的全矩阵比对
- 应用ModelFinder确定最佳替换模型（GTR+F+I+G4）
- 采用SH-aLRT和UFBoot双重评估支持率
- 通过ITOL平台实现可视化注释（图3）

伦理与数据管理
研究获得丽水大学动物伦理委员会批准（LSU-AREC-202304111），样本采集遵循《中国野生动物保护法》相关规定。基因组数据已上传至NCBI（GenBank PX118541），相关分析流程符合《生物信息学数据共享规范》要求，原始测序数据存档于SRA数据库（PRJNA1303814）。

该研究通过整合形态学特征与分子系统发育证据，不仅明确了Lucidina vitalisi的分类地位，更为东亚萤火虫群的进化关系重构提供了关键分子锚点。特别值得注意的是，在Lampyridae科的系统发育框架下，首次确认Lucidina属与Pyrocoelia属的演化关联性，这为后续的分子钟分析和地理种群演化研究奠定了基础。研究揭示的线粒体基因组的低变异率特征（平均每千bp 1.2个SNP），为该属物种的分子鉴定提供了可靠阈值。

未来研究方向建议聚焦于：
1. 基于控制区序列的多态性分析
2. 与近缘种Lampyris noctiluca的线粒体基因交换研究
3. 生态适应机制与发光基因组的关联分析
4. 东亚萤火虫群的地理扩散模式重建

该成果已通过系统发育树重建（图3）和基因排列特征验证，为后续比较基因组学研究提供了标准化数据模板。特别是控制区短长度特征（259bp）与Luciolinae亚科（平均300-350bp）形成显著对比，这可能与转录调控机制或基因重组频率存在关联，值得进一步分子机制研究。