解密菲律宾螳螂虾Gonodactylaceus falcatus隐存种复合体的线粒体基因组与系统发育证据

本研究针对菲律宾螳螂虾Gonodactylaceus falcatus及其6个同物异名种可能构成的隐存种复合体，通过Illumina测序技术完成4个物种（G. falcatus sensu stricto、G. insularis、G. mutatus和G. siamensis）的线粒体全基因组组装，揭示其AT富集特征（66.1%-67.9%）、保守的基因排列模式及trnS1基因的D-arm缺失现象。研究首次报道了该复合体线粒体蛋白编码基因（PCGs）的纯化选择压力，并通过phylomitogenomic分析证实G. insularis和G. mutatus的独立物种地位，为甲壳动物隐存种鉴定提供了基因组学范式。

　　

在海洋生物多样性研究中，螳螂虾（Stomatopoda）因其独特的掠食附肢和复杂的视觉系统成为进化生物学热点。其中菲律宾螳螂虾Gonodactylaceus falcatus被怀疑是由6个同物异名种组成的隐存种复合体，但传统形态学方法因个体发育阶段、性别和栖息地差异导致分类混乱。此前线粒体cox1条形码虽证实G. gravieri和G. aloha为G. falcatus同种，但其余4个潜在种（G. insularis、G. mutatus、G. siamensis等）的遗传分化仍悬而未决。

为破解这一难题，来自佛罗里达自然历史博物馆等机构的研究团队采用高通量测序技术，首次完成G. falcatus及其3个疑似隐存种（G. insularis、G. mutatus、G. siamensis）的线粒体全基因组解析。研究通过比较基因组学与系统发育分析，揭示这些物种的进化关系，成果发表于《Gene Reports》。

关键技术包括：1）从酒精保存标本（来源地涵盖沙特阿拉伯、澳大利亚、日本和马尔代夫）提取gDNA进行Illumina文库构建；2）MITOS在线平台注释线粒体基因；3）使用REVAN和DnaSP分析选择压力（Ka/Ks）；4）通过PhyloSuite进行最大似然法（ML）和贝叶斯推断（BI）系统发育重建。

主要研究结果

1. 线粒体基因组特征
   测得4个物种的基因组长度15,894-16,267 bp，AT含量66.1%-67.9%。所有基因组均含13个PCGs、22个tRNAs和2个rRNAs，基因排列与多数螳螂虾一致（除Gonodactylus smithii外）。值得注意的是，trnS1基因在所有物种中均缺失D-arm或D-loop结构。

2. 选择压力分析
   13个PCGs均显示纯化选择信号（Ka/Ks<1），其中G. insularis的nad4l基因因无非同义突变无法计算比值，暗示高度功能保守性。

3. 控制区变异
   在非编码控制区发现AT富集的二/三核苷酸微卫星，但G. insularis缺乏短串联重复序列（STRs），这可能与其较短的基因组长度（15,894 bp）相关。

4. 系统发育重建
   基于PCGs的phylomitogenomic分析显示：1）Stomatopoda目单系性成立，但Gonodactyloidea等3个总科未形成单系群；2）G. insularis和G. mutatus与G. falcatus遗传距离支持其物种地位（p-distance>2%），而G. siamensis可能为地理种群。

结论与意义
该研究首次从基因组层面证实G. falcatus复合体中G. insularis和G. mutatus的独立物种地位，为甲壳动物隐存种鉴定建立了线粒体基因组标准（如trnS1结构变异、控制区STRs模式等）。发现的PCGs纯化选择现象为理解螳螂虾适应性进化提供新视角。未来需结合核基因组数据验证这些发现，但当前成果已为海洋生物多样性保护及甲壳动物系统分类学奠定重要基础。