毒鱼类线粒体基因组破译：揭示鲉形目系统发育关系与毒素进化新视角

本研究针对鲉形目(Scorpaeniformes)毒鱼类系统发育关系不明的关键问题，通过完成红鳍拟鲉(Paracentropogon rubripinnis)和日本鬼鲉(Inimicus japonicus)的线粒体全基因组测序，解析了Tetrarogidae与Synanceiidae两科的早期分化地位。研究采用Illumina测序技术结合生物信息学分析，首次发现控制区3个新型保守序列块(CSBs)，并通过71个鲉形目物种的系统发育分析支持毒鱼类单系群假说，为鱼类毒素进化研究提供了重要分子标记。

　　

在海洋生物的进化长卷中，鲉形目鱼类以其独特的毒棘和复杂的系统发育关系长期困扰着研究者。这类包含1400余种的鱼类不仅具有重要经济价值，其毒液更蕴含丰富的药理活性物质。然而，由于鲉形目内部各科（如Synanceiidae、Tetrarogidae、Scorpaenidae等）的系统发育关系存在争议，严重制约了对其毒素进化机制和新型生物活性物质的探索。现有研究提出两种竞争性假说：一种认为Synanceiidae与Tetrarogidae关系密切，独立于Scorpaenidae和Sebastidae；另一种则主张前三者亲缘更近。这种系统发育的不确定性，源于传统研究多依赖部分线粒体基因或形态特征，缺乏全基因组层面的证据。

针对这一科学难题，韩国全南国立大学生物科学与技术学院的研究团队开展了突破性研究。通过完成红鳍拟鲉（Tetrarogidae）和日本鬼鲉（Synanceiidae）这两个代表性毒鱼物种的线粒体全基因组测序，研究人员首次揭示了鲉形目毒鱼类的精确系统发育位置。该成果发表在《Scientific Reports》期刊，为理解鱼类毒液进化提供了全新框架。

研究采用Illumina高通量测序技术，结合Norgal和NOVOPlasty双平台组装策略，获得红鳍拟鲉（16,465 bp）和日本鬼鲉（16,676 bp）的完整环状线粒体基因组。通过比较基因组学分析基因排列特征，并运用MAFFT和trimAl进行多序列比对，最终基于13个蛋白质编码基因（PCGs）构建包含71个鲉形目物种的系统发育树。

线粒体基因组结构与组成

测序数据显示两种毒鱼线粒体均包含典型的37个基因（13个PCGs、22个tRNAs、2个rRNAs）和1个控制区。比较分析发现鲉形目基因排列高度保守，但Notothenioidei外群在ND5与D-loop区间存在变异。特别值得注意的是，日本鬼鲉的A+T含量达58.66%，显著高于鲉形目平均水平（53.97±1.7%），这一特征与其近缘种疣拟鲉(Synanceia verrucosa)相似。

蛋白质编码基因特征

13个PCGs总长11,428 bp，编码3,800个密码子。除COI使用GTG起始密码子外，其余PCGs均以ATG起始。终止密码子呈现多样化：6个基因为TAA，4个为单碱基T，3个为TA。密码子使用偏好性分析显示，第三位点A/T含量高达67.6-67.8%，印证了线粒体基因的A/T偏倚特性。

非编码区新发现

在控制区分析中发现6个已知保守序列块（CSB-1至CSB-F）基础上，首次鉴定出3个鲉形目特异性新保守区域（Region-1至Region-3）。这些位于CSB-F上游和CSB-D与CSB-1之间的序列，可能参与线粒体复制转录调控。轻链复制起始区（O_L）的二级结构预测显示，日本鬼鲉存在非典型折叠模式，暗示可能存在物种特异性调控机制。

系统发育重建

基于贝叶斯推断和最大似然法构建的系统发育树强烈支持Tetrarogidae与Synanceiidae的单系性，且该分支位于鲉形目系统树的基部位置。这一结果否定了Sebastidae与Scorpaenidae优先聚类的假说，为图1A所示的系统发育关系提供了全基因组证据。拓扑结构显示，毒鱼类的早期分化可能反映了鲉形目祖先的毒素系统进化路径。

这项研究通过线粒体基因组学手段，首次明确了Tetrarogidae与Synanceiidae在鲉形目中的系统发育地位，填补了毒鱼类进化研究的重要空白。发现的3个新型CSBs为鲉形目分子标记开发提供了新工具，而高A+T含量的基因组特征可能与其深海适应或毒素进化相关。从应用角度看，建立的系统发育框架将指导后续毒素成分比较研究，助力海洋药物开发。正如蛇毒与蝎毒研究揭示的规律，明确毒液系统的进化背景，是解析其分子多样性与药理潜力的关键前提。该成果为探索海洋生物毒素的"进化-结构-功能"关系奠定了坚实基础，开辟了从系统发育角度发掘新型海洋药物先导化合物的新途径。