中国特有萤火虫宽缘窗萤(Pyrocoelia amplissima)线粒体基因组解析及其系统发育研究

本研究首次报道了中国特有萤火虫宽缘窗萤(Pyrocoelia amplissima)的完整线粒体基因组(17,426 bp)，揭示其含13个蛋白编码基因(PCGs)、23个tRNA和2个rRNA的典型昆虫线粒体结构，AT含量高达76.91%。通过12种萤科物种的系统发育分析，确立该物种在窗萤属(Pyrocoelia)中的基部分类地位，为萤科(Lampyridae)物种鉴定和进化研究提供了重要分子标记。

　　

摘要

宽缘窗萤(Pyrocoelia amplissima)作为中国特有观赏性萤火虫，其完整线粒体基因组首次被解析。这个17,426 bp的环状基因组展现出典型昆虫线粒体特征：包含13个蛋白编码基因(PCGs)、22个tRNA、2个rRNA及一个1,695 bp的控制区，整体AT含量高达76.91%。系统发育分析基于13个PCGs的串联序列，将12种萤科物种与1种犀萤科(Rhagophthalmidae)外群进行比对，结果显示宽缘窗萤位于窗萤属的基部分支，且窗萤属与短角窗萤属(Diaphanes)的亲缘关系较近。

引言

萤科(Lampyridae)昆虫因其独特的生物发光求偶行为成为昆虫保护的旗舰类群。窗萤属(Pyrocoelia)作为陆生萤火虫代表，幼虫以捕食陆地蜗牛为生，成虫表现出显著的雌雄二型性：雄性具完整翅，而雌性仅有退化鞘翅。宽缘窗萤分布于中国西南多省，体长18-25mm，橙红色腹部与黑色体表形成鲜明对比。由于幼虫期形态难以鉴别，线粒体基因组成为物种鉴定的关键工具。此前窗萤属仅有4个物种的线粒体基因组被公布，本研究填补了该物种遗传信息的空白。

材料与方法

标本采自四川乐山海拔465m区域，经24小时饥饿处理后提取DNA。采用CTAB法提取基因组，通过Novaseq xplus平台测序获得5Gb数据。使用GetOrganelle组装线粒体环状序列，经Pilon校正后由MITOS服务器注释。系统发育分析选取12个萤科物种的13个PCGs，采用MAFFT比对、Gblocks过滤后，以IQ-TREE构建最大似然树(ML)，模型选择由ModelFinder确定，支持率经1,000次超快自举检验。

结果

宽缘窗萤线粒体基因组呈现显著AT偏好(76.91%)，AT偏斜(0.119)与GC偏斜(-0.202)符合昆虫线粒体特征。13个PCGs中5个以ATG起始，3个为ATT，2个为ATC，另各有1个以ATA和TTG起始。终止密码子包括5个TAA、1个TAG及7个不完整单T终止。系统发育树显示：窗萤属与短角窗萤属形成单系群，灯萤亚科(Lampyrinae)与熠萤亚科(Luciolinae)互为姐妹群，支持宽缘窗萤的基部分类地位。

结论与讨论

本研究首次揭示宽缘窗萤线粒体基因组特征，解决了窗萤属与短角窗萤属的形态学鉴别难题。该物种在窗萤属中的基部分支位置，结合其较广的分布范围，暗示其可能在属内进化过程中扮演关键角色。值得注意的是，基于全基因组PCGs的分析结果与早期COX1研究一致，但与16S及多基因联合分析存在分歧，提示后续需整合形态学、分子生物学及行为学数据。本研究为萤科系统发育提供了新的分子证据，也为生物发光进化研究奠定基础。