基于线粒体全基因组的帽贝目（软体动物门，腹足纲）系统发育分析、基因重排与分歧时间估算

这篇研究通过第三代测序技术获得5种帽贝目（Patellogastropoda）物种的线粒体全基因组，揭示了其高AT含量、蛋白编码基因（PCGs）受纯化选择等特征。系统发育分析将帽贝目分为两大分支（Clade 1包含Lottioidea部分类群与Patelloidea，Clade 2为Lottiidae），并发现Lottiidae存在复杂的基因重排现象。结合化石校准点估算表明，该类群起源于二叠纪，活跃分化发生于白垩纪至新生代。研究为理解腹足纲演化提供了重要分子证据。

　　

背景

帽贝目（Patellogastropoda）作为腹足纲（Gastropoda）的重要类群，其分类长期依赖形态特征，但壳形变异导致分类争议。近年来，线粒体全基因组（mitogenome）成为研究软体动物系统发育的有力工具。本研究通过测序获得鳞笠螺科（Lepetidae）的Limalepeta lima、Lepeta kuragiensis和花笠螺科（Lottiidae）的Lottia versicolor等5种帽贝目物种的线粒体基因组，结合已有数据探讨其演化规律。

材料与方法

样本采集自日本海，采用盐析法提取DNA，PacBio Sequel II平台测序。使用MitoZ组装基因组，MITOS注释基因。通过MEGA 11分析碱基组成、密码子使用偏好性，DnaSP 6计算非同义替换率（Ka）/同义替换率（Ks）。基于13个PCGs的核苷酸（PCGnt）和氨基酸（PCGaa）序列，采用贝叶斯法（BI）和最大似然法（ML）构建系统树。以Vetigastropoda为外类群，利用BEAST基于化石校准点（如Pectinodonta palaeoxylodia，23.0–33.9 MYA）估算分歧时间。

结果

基因组特征：5个物种线粒体基因组长度18–26 kbp，均含38个基因（13 PCGs、23 tRNAs、2 rRNAs）。Lepetidae出现trnL₁重复，Lottiidae存在trnM重复。AT含量（52.78–71.76%）显著高于GC，PCGs的AT偏倚为负值（-0.01至-0.23）。

选择压力：Lepetidae和Lottiidae的Ka/Ks均<1（cox1最低：0.107–0.119；atp8最高：0.534–0.720），表明PCGs受纯化选择。

系统发育：帽贝目分为两大分支——Clade 1包含（（Lepetidae+Neolepetopsidae+Acmaeidae）+Pectinodontidae）+Nacellidae+Patellidae，Clade 2为Lottiidae。Lottiidae为单系群，但Lottia属为并系群（含Discurria和Scurria物种）。

基因重排：Lottiidae存在12种重排模式，显著高于其他科。保守片段如trnS-cob-nad6-trnP-nad1在Lepetidae中保留，而Lottia物种共享trnK-atp8-trnQ-nad4l-nad4基因簇。

分歧时间：帽贝目起源于二叠纪（278.02 MYA），两大支系分化于三叠纪（234.71–241.80 MYA）。Lottia与Nipponacmea的分歧发生在白垩纪（123.81 MYA），后续分化持续至新生代（如L. tenuisculpta分化于0.24 MYA）。

讨论

线粒体基因重排速率与序列进化速率正相关，Lottiidae的高重排率可能反映其快速演化。二叠纪-三叠纪灭绝事件（PTB）造成的生态位空缺可能促进了帽贝目的适应性辐射。Lepetidae与Neolepetopsidae的并系关系提示需进一步研究模式物种Paralepetopsis floridensis的基因组。

结论

研究通过多组学数据揭示了帽贝目的演化历史，其独特的基因重排模式和古气候响应的分化时序，为理解腹足纲适应辐射提供了新视角。