基于博物馆标本基因组学的神秘鱼类Lophichthyidae系统发育地位解析

为解决Lophichthyidae（鮟鱇目）这一罕见鱼类家族的系统发育争议，研究人员利用博物馆保存的福尔马林固定标本，通过古DNA技术成功提取并测序其线粒体基因组和核基因组超保守元件（UCE）。研究首次明确Lophichthyidae为Tathicarpidae的姐妹群，填补了脊椎动物家族级系统发育的最后空白之一，同时展示了博物馆标本基因组学在稀有物种研究中的巨大潜力。

　　

在浩瀚的海洋深处，生活着一类外形奇特、行为神秘的鱼类——鮟鱇目（Lophiiformes）。它们中的大多数种类都已被科学家研究得比较透彻，但有一个家族却始终蒙着神秘的面纱，那就是Lophichthyidae。这个家族只有一个成员——Boschma的躄鱼（Lophichthys boschmai），由于标本极其罕见且多为福尔马林固定保存，长期以来缺乏分子数据，其系统发育地位一直存在争议。

传统分类学曾根据形态特征将其归入鮟鱇科（Lophiidae），而更详细的骨骼比较又支持其属于Antennarioidei亚目。这种争议不仅影响了对鮟鱇目演化历史的认知，也使得Lophichthyidae成为全球1123个现存脊椎动物科中最后两个缺乏DNA数据的科之一。随着博物馆标本基因组学（museomics）技术的发展，科学家终于有机会解开这个谜团。

来自瑞士联邦水生科学技术研究所（Eawag）等机构的研究团队，利用澳大利亚北部领地博物馆艺术馆收藏的两份1990年代标本，采用单链DNA建库等古DNA技术，成功从这些福尔马林固定、乙醇保存的组织中提取出高度降解的DNA。通过创新的迭代映射（iterative mapping）策略，研究人员克服了远缘参考基因组带来的偏差问题，首次完整组装了L. boschmai的线粒体基因组，并获取了核基因组超保守元件（Ultra-Conserved Elements, UCE）数据。

关键技术包括：1）福尔马林固定标本的DNA提取与单链文库构建；2）基于BWA的迭代映射策略组装线粒体基因组；3）利用MAFFT和IQ-TREE进行多基因分区系统发育分析；4）结合UCE数据的贝叶斯时间校准（BEAST2）。样本来自澳大利亚Joseph Bonaparte海湾的两个博物馆标本（MAGNT S.14353-006和S.14545-001）。

3.1 线粒体基因组测序与重建
通过迭代映射策略，研究人员从两个标本分别获得16,610 bp和16,647 bp的完整线粒体基因组，覆盖深度达38.5×和94.6×。与传统的单次映射相比，该方法将唯一比对读数提高了33.3倍。组装验证显示，仅存在3个单核苷酸差异（0.01%），证实了数据的可靠性。两个标本间存在8个SNP和1个37 bp的插入缺失，表明它们具有高度遗传相似性。

3.2 Tathicarpus butleri和Tetrabrachium ocellatum线粒体基因组
通过重新分析公共数据，首次组装了Tathicarpidae的T. butleri线粒体基因组，发现ND6和tRNA-Glu基因在重复控制区之间的独特重排。这些数据为系统发育分析提供了关键比较对象。

3.3 系统发育分析
线粒体数据（14,138 bp）和UCE数据（1,000,732 bp）均强烈支持（bootstrap=100%）Lophichthyidae与Tathicarpidae构成姐妹群，共同位于Antennarioidei亚目内。时间校准分析表明这两个科的分化时间仅为10.2 Ma（95% HPD:17.3-4.1 Ma），是现存辐鳍鱼（Actinopterygii）中最年轻的科级分化事件之一。

讨论与意义
这项发表在《Molecular Phylogenetics and Evolution》的研究具有多重突破性价值：首先，它解决了脊椎动物系统发育的最后拼图之一，使Lophichthyidae成为倒数第二个获得分子数据的脊椎动物科，仅剩Dentatherinidae待研究。其次，研究揭示了Antennarioidei亚目内一个特殊的物种贫乏支系（含Lophichthyidae、Tathicarpidae和Tetrabrachidae），其年轻的分化时间（<20 Ma）与沿海栖息地和高灭绝风险相符。

值得注意的是，L. boschmai表现出异常高的分子进化速率（r=0.0018 substitutions/site/Ma），但其表型特征并未呈现同等程度的特化。这引发了对该物种是否值得保留科级分类地位的思考——特别是考虑到近期有学者主张将整个Antennarioidei合并为Antennariidae科。

从方法论看，该研究展示了博物馆标本基因组学在稀有物种研究中的强大潜力。通过优化提取方法（如单链建库）和采用全基因组鸟枪法测序（whole-genome shotgun sequencing），研究人员最大限度地减少了珍贵标本的损耗，同时确保了数据的可重用性。这种策略特别适用于已灭绝物种或模式标本的研究，为生物多样性保护提供了新思路。

随着最后一个脊椎动物科——Dentatherinidae——的分子数据即将填补，构建完整的脊椎动物科级系统发育树已指日可待。这将为理解脊椎动物的宏观进化规律、准确估算多样化速率，以及整合化石校准提供前所未有的基础框架。而在此过程中，博物馆收藏的珍贵标本将继续发挥不可替代的作用。