两种姐妹种蝴蝶共享的线粒体起源之谜：沃尔巴克氏体(Wolbachia)介导的跨物种线粒体渐渗现象

本研究针对蝴蝶姐妹种Eurema mandarina和E. hecabe中沃尔巴克氏体(Wolbachia)感染与线粒体DNA(mtDNA)的异常关联现象，通过核基因Tpi和线粒体COI的系统发育分析，揭示wCl/wFem两种Wolbachia菌株介导的跨物种线粒体渐渗事件，发现共享线粒体可能源自第三物种E. ada或E. lacteola，为理解内共生菌驱动的宿主线粒体进化提供了新案例。

　　

在昆虫进化研究中，线粒体DNA(mtDNA)长期以来被视为可靠的分子标记。然而，一种名为沃尔巴克氏体(Wolbachia)的母系遗传内共生菌正在颠覆这一认知。这种广泛存在于节肢动物中的细菌能通过细胞质不相容性(CI)和性别比例扭曲等机制"劫持"宿主的繁殖系统，在种群扩散过程中常常裹挟着特定mtDNA单倍型共同传播，导致宿主mtDNA谱系与物种界限严重不符。这种现象在蝴蝶姐妹种Eurema mandarina和E. hecabe中表现得尤为突出——两种蝴蝶共享的wCl和wFem菌株似乎与特定的mtDNA单倍型紧密关联，但令人困惑的是，这些mtDNA可能并非源自任何一个已知物种。

日本福井大学和千叶大学的研究团队在《BMC Ecology and Evolution》发表的研究解开了这个谜团。研究人员意外在日本最西端的与那国岛发现了Wolbachia未感染的E. hecabe个体，这为追溯线粒体起源提供了关键样本。通过比较分析253只蝴蝶的核基因Tpi和线粒体COI序列，研究揭示了Wolbachia如何重塑宿主mtDNA进化轨迹的复杂过程。

研究采用多重PCR进行物种鉴定和Wolbachia感染分型，通过wsp基因测序确认wCl/wFem菌株，选取核基因Tpi内含子区和线粒体COI基因进行系统发育重建，使用最大似然法构建进化树。样本涵盖日本19个地理种群的178只E. hecabe和75只E. mandarina，包括新发现的未感染个体。

研究结果呈现三个关键发现：

1. 核基因Tpi系统发育树明确区分E. mandarina和E. hecabe两个物种，不受Wolbachia感染状态影响。

2. 线粒体COI树揭示三个显著分支：未感染E. mandarina单独成支，未感染E. hecabe构成独立分支，而所有Wolbachia感染的E. mandarina和E. hecabe与E. ada、E. lacteola聚集成第三分支。

3. 在Wolbachia感染谱系中，wCl单感染(C型)和wCl/wFem双感染(CF型)个体呈现不同单倍型分布模式，提示至少三次独立的菌株水平转移事件。

这些发现颠覆了先前认为共享mtDNA源自E. hecabe的假说。未感染E. hecabe的mtDNA与未感染E. mandarina的亲缘关系反而比与同种感染个体更近，表明Wolbachia相关mtDNA实际上是外源引入的。最可能的来源是E. ada或E. lacteola等近缘物种，这些物种的mtDNA通过Wolbachia介导的选择性清除在多个Eurema物种中扩散。

研究还揭示了Wolbachia传播的动态过程：wCl在E. mandarina中至少经历了三次独立入侵，最早可能是通过CF型菌株引入，随后出现C型菌株的多次转移。而在E. hecabe中，与那国岛种群存在未感染个体与C型感染个体共存的现象，暗示当地wCl可能丧失CI诱导能力或处于入侵初期。

这项研究的重要意义在于：首次证实Wolbachia可介导mtDNA在多个近缘物种间的复杂渐渗网络；揭示了内共生菌不仅能导致种内mtDNA单倍型替代，还能驱动跨物种线粒体基因组转移；为理解Eurema蝴蝶的物种形成和Wolbachia-宿主协同进化提供了新视角。未来对东南亚地区更多Eurema物种的Wolbachia筛查将有助于完整还原这一惊人的进化故事。