中国特有蝙蝠蚤Thaumapsylla breviceps orientalis的形态特征与线粒体基因组揭示蚤目进化新视角

《Scientific Reports》：Morphological traits and mitogenome of Thaumapsylla breviceps orientalis endemic to China provide insight into the evolution of the order Siphonaptera

本研究针对蚤目（Siphonaptera）中形态特化且宿主特异性高的中国特有亚种Thaumapsylla breviceps orientalis，首次完成了其线粒体基因组（mitogenome）测序，并结合形态学与进化分析，揭示了蚤类宿主特异性演化规律。研究发现，早期分支蚤类多为多宿主型（polyxenous），而晚期分支更倾向于单宿主型（monoxenous）；Pulicidae科进化速率最快，nad5和nad6基因可作为高变分子标记。研究为蚤目系统发育关系修订及宿主-寄生虫协同进化提供了关键基因组证据。

　　

在黑暗的洞穴中，果蝠（Rousettus leschenaultii）的翅膀间隐藏着一类高度特化的寄生虫——Thaumapsylla breviceps orientalis。作为中国特有的蝙蝠蚤，它们对宿主表现出极端的专一性（monoxenous），这种“从一而终”的寄生关系背后，是蚤类千万年进化史中宿主适应与分子演化的缩影。然而，由于蚤目昆虫线粒体基因组研究滞后，尤其是形态独特的蝠蚤科（Ischnopsyllidae）长期缺乏基因组数据，其系统发育地位和进化机制始终迷雾重重。

为揭开这一谜题，来自大理大学的研究团队在《Scientific Reports》发表了题为“Morphological traits and mitogenome of Thaumapsylla breviceps orientalis endemic to China provide insight into the evolution of the order Siphonaptera”的研究。他们首次测定了T. b. orientalis的线粒体基因组，并通过比较基因组学与系统发育分析，重构了蚤目的进化路径，提出宿主生态位是驱动蚤类分化的关键因素。

关键技术方法

研究团队于2023年6月在云南保山市从莱氏狐蝠体表采集17只T. b. orientalis标本，通过形态学鉴定后，利用Illumina Novaseq 6000平台进行全基因组测序，使用MitoZ软件组装线粒体基因组，并通过BLAST和tRNAscan-SE进行基因注释。基于13个蛋白编码基因（PCGs）和2个rRNA基因的联合数据集，采用贝叶斯推断（BI）和最大似然法（ML）构建系统发育树，同时通过密码子使用偏性（RSCU）、进化速率（Ka/Ks）及核苷酸多样性（π）分析揭示分子进化特征。

研究结果

1. 形态特征

T. b. orientalis的头部短而宽，与多数蚤类（如角叶科Ceratophyllidae）显著不同，其发达的 pronotal comb（雄性36齿，雌性34-37齿）可能为适应蝙蝠飞行中的附着稳定性而演化。此外，触角棒状节（club）和臀板（pygidium）结构发达，暗示其依赖嗅觉和触觉定位宿主的适应性策略。

2. 线粒体基因组结构

组装获得的线粒体基因组全长15,631 bp，AT含量高达78.5%，包含37个典型基因。基因排列与节肢动物祖先模型（Drosophila yakuba）一致，但检测到14处基因重叠区域，最大重叠位于atp8与atp6之间（7 bp）。密码子使用偏性分析显示，UUA、UCU等A/U结尾密码子使用频率最高，且ENC-plot和PR2分析表明自然选择是驱动密码子偏性的主要因素。

3. 蚤目进化差异

Pulicidae科（如猫栉首蚤Ctenocephalides felis）的进化速率（Ka/Ks=0.7457）和核苷酸多样性（π=0.3644）均显著高于其他科，可能与其广宿主性（polyxenous）和多样栖息地相关。早期分支的蚤科（如Pulicidae）多以多宿主为主，而晚期分支（如Leptopsyllidae）则趋向单宿主或寡宿主（pleioxenous）。此外，nad5和nad6基因表现出高变异性，提示其作为蚤类系统发育标记的潜力。

4. 系统发育关系

系统发育树显示，蝠蚤科（Ischnopsyllidae）与细蚤科（Leptopsyllidae）聚为一支（支持率BPP=1），但Ctenophthalmidae、Vermipsyllidae和Hystrichopsyllidae的系统位置在BI与ML分析中存在冲突，支持率较低（BPP<0.75），表明这些科的分类学界定需进一步修订。值得注意的是，Macrostylophora euteles（角叶科）与Paradoxopsyllus custodis（细蚤科）线粒体基因组相似度高达98.8%，提示可能存在物种误鉴定。

结论与意义

本研究首次提供了蝠蚤科线粒体基因组数据，证实自然选择是塑造T. b. orientalis分子进化的核心力量。蚤类从多宿主向单宿主的演化趋势，反映了其与宿主生态位协同适应的历史。研究不仅为解决蚤目高阶元分类争议提供了分子依据，还揭示了宿主特异性、扩散能力与进化速率间的关联。未来随着更多蚤类基因组数据的积累，这一模型有望成为理解寄生虫-宿主共进化的重要窗口。