基于转录组学的陆生涡虫系统发育关系解析及其进化动力学研究

本研究通过首次获取15种陆生涡虫(Geoplanidae)的转录组数据，采用多基因矩阵(1873个单拷贝基因)和多种系统发育推断方法(MSC/ML)，解决了长期争议的四个亚科(Bipaliinae、Microplaninae、Rhynchodeminae和Geoplaninae)间的系统发育关系。研究首次获得高支持度的拓扑结构，揭示Bipaliinae与Microplaninae构成姐妹群，并与Rhynchodeminae+Geoplaninae形成姊妹关系，同时重新修订了Rhynchodeminae的形态学诊断标准。该成果为理解陆生扁形动物多样性进化机制提供了重要框架。

　　

陆生涡虫（Terrestrial planarians）作为扁形动物门中的重要类群，其独特的形态特征和全球分布格局长期吸引着进化生物学家的目光。这些生活在潮湿环境中的软体捕食者，不仅展现出惊人的再生能力，更因其部分物种（如入侵种Obama nungara和Bipaliinae成员）对生态系统的影响而备受关注。然而，这个类群的系统发育关系却如同一团乱麻——传统形态学特征因趋同进化而失效，基于少量分子标记（如线粒体基因cox1或核糖体基因18S）的研究又常得到相互矛盾的结果，特别是四个主要亚科（Geoplaninae、Bipaliinae、Rhynchodeminae和Microplaninae）间的演化关系始终未能达成共识。

为解开这个进化谜题，中国研究人员联合国际团队开展了这项开创性的研究。他们首次对15种代表性陆生涡虫进行转录组测序，结合3种淡水涡虫作为外群，构建了包含近两千个单拷贝基因的超矩阵数据集。通过多物种溯祖模型（Multispecies Coalescent model, MSC）和最大似然法（Maximum Likelihood, ML）等前沿分析方法，研究团队成功绘制出迄今最可靠的陆生涡虫系统发育树，相关成果发表在《Molecular Phylogenetics and Evolution》上。

关键技术包括：1）跨洲际样本采集（西班牙和巴西的15个物种）；2）Illumina NovaSeq 6000平台的双端150bp转录组测序；3）OrthoFinder2进行直系同源基因鉴定；4）MAFFT和trimAL进行多序列比对与修剪；5）IQ-TREE2和ASTRAL-Pro分别执行ML和MSC分析；6）基因排序（genesortR）筛选最优基因集。

3.1 陆生涡虫系统发育基因组学假设
研究通过16个不同数据集的分析，首次获得高支持度的拓扑结构：核苷酸数据一致支持Bipaliinae与Microplaninae构成姐妹群（支持率>80%），并与Rhynchodeminae+Geoplaninae形成姊妹关系。值得注意的是，蛋白质数据因信息丢失导致分辨率下降，凸显核苷酸数据在近缘类群研究中的优势。在亚科内部，Geoplaninae的G. quagga作为基部分支，与Obama、Issoca/Luteostriata构成清晰演化序列；Rhynchodeminae中Caenoplana与Kontikia/Rhynchodemus的姐妹关系也得到证实。

3.2 Microplana属的演化谜题
尽管分析了843个基因，Microplaninae内部关系仍难以解析（除M. nana的基部分支位置外）。ASTRAL-Pro分析显示节点1和2的三种拓扑结构支持率相近（约33%），短分支长度和低遗传距离暗示可能存在不完全谱系分选（Incomplete Lineage Sorting, ILS）或杂交事件。这种"进化模糊区"现象提示该属可能经历快速辐射进化或存在复杂种群动态。

4.1 分类学修订与形态进化
研究提出Rhynchodeminae新诊断标准，强调其眼点分布（单对或多眼）、腹面爬行区宽度（25-84%）等关键特征，解决了该亚科原有诊断与分子系统学结果的矛盾。值得注意的是，支持拓扑结构的形态学共衍征尚未发现，可能因该类群古老起源（Bipaliinae起源估算为3.95-1.24亿年前）导致特征逆转或趋同进化。

4.2 方法论启示
与线粒体基因组研究相比，转录组数据显著提高分辨率，证实核基因在深层次系统发育中的优势。研究还发现蛋白质序列在近缘类群分析中的局限性，为后续研究提供了重要方法学参考。

5. 展望
这项研究不仅确立了陆生涡虫高阶元分类的系统发育框架，更揭示了Microplaninae等类群复杂的进化历史。未来需要整合更多物种（特别是淡水返回种如Reynoldsonia）、表观遗传数据以及三维形态建模，以破解形态-分子不一致的深层机制。该成果为理解陆地化过程中的适应性进化提供了新的模式系统，也为生物入侵物种的溯源防控奠定了理论基础。

（注：文中所有专业术语如Multispecies Coalescent model(MSC)、Maximum Likelihood(ML)等在首次出现时均标注英文全称及缩写，作者名如álvarez-Presas等保留原拼写方式，上下标如cox1、18S等均按原文格式呈现）