澳大利亚 Anopheles farauti 南向分布扩张：线粒体COI单倍型与MaxEnt/Random Forest生态位建模证据

《Journal of Medical Entomology》：The southward expansion of Anopheles farauti (Diptera: Culicidae) in Australia: a genetic and ecological niche modeling investigation

　　

按蚊 Anopheles farauti Laveran (1902) 是一种沿海疟疾媒介，广泛分布于西南太平洋。该物种在澳大利亚、新几内亚和所罗门群岛呈现强的群体遗传结构。在澳大利亚昆士兰州，其南部分布界限原为21^°纬度，但2023年在蚊虫调查中于23^°纬度被发现，向南延伸300 km。2024年补充采集提示 An. farauti 种群已在该新南界建立。线粒体细胞色素氧化酶I（COI）基因测序显示所有个体共享单一单倍型，与最近北部种群一致。为调查昆士兰州 An. farauti 疑似南向分布扩张，研究人员采用MaxEnt（maximum entropy）和Random Forest（随机森林）两种机器学习生态位建模方法，使用历史采集数据和该时期WorldClim生物气候变量。模型输出表明，昆士兰州23^°纬度位于该物种预测适宜范围内，并确定温度相关因素是其在该州分布的主要驱动因素。研究人员假设，2020至2023年持续的拉尼娜（La Ni?a）以及2023年全球海洋热浪导致海洋和沿海环境温度升高，促进了 An. farauti 在昆士兰州的纬度扩张。

研究背景：Anopheles farauti 是西南太平洋沿海地区重要的疟疾媒介，幼虫可耐受盐水并在半咸水和淡水生境发育，且形态上与近缘隐存种（cryptic species）难以区分。其澳大利亚南部界限历史上曾被认作Townsville附近19^°S，1990年代在Mackay附近有新记录；摘要指出昆士兰南部界限长期为21^°纬度，而2023年在23^°纬度、较原界限南约300 km的Kinka Wetlands被检出，2024年补充采集提示该种群已建立。由于该复合体形态不可区分，需分子鉴定确认物种和区域基因型，并判断此次记录是本地昆士兰种群的南向扩张还是其他来源；同时需识别影响其分布的环境因素，为监测和气候变暖下的疟疾风险评价提供依据。研究人员据此开展遗传溯源和生态位建模，结论是南扩源自昆士兰种群内部，23^°纬度处于模型预测适宜范围，温度相关因素为主要驱动，原文假设La Ni?a和海洋热浪促进扩张。其意义在于更新该媒介潜在分布认识并提示南部沿海监测价值。

关键技术方法：2023年Kinka Wetlands初检后，2024年在Kinka Wetlands（23^°14′S，150^°46′E）及5 km内7点布放32个CO₂诱灯陷阱、8次采集；获24只An. farauti复合体、19条COI序列，并纳入GenBank 77条参考COI序列。以rDNA ITS2/ITS1 PCR-RFLP鉴定隐存种和区域基因型，COI测序后构建单倍型网络并计算群体参数。生态位建模用1985、1986、1991年ADF调查40个地点和2021年1个地点共41条记录，结合WorldClim变量、相对湿度和海拔，比较MaxEnt与Random Forest，最终以30 km海岸缓冲的MaxEnt调参、bootstrap和jackknife评估。

研究结果：
Molecular Identification of Cryptic Species and Regional Genotype：通过形态鉴定和rDNA ITS2的MspI酶切，8/32个陷阱捕获的24只An. farauti复合体均确认为An. farauti；ITS1 PCR-RFLP显示Kinka样本带型约480、380、180和150 bp，与昆士兰Cowley Beach参考样本一致，而与PNG Rabaul群体不同，结论为昆士兰区域基因型。
Sequence Analysis of Mitochondrial DNA COI：19条可用COI序列经BLAST与Mackay参考序列100%一致；96条序列的中位连接单倍型网络显示昆士兰大陆群体与Torres Strait和南PNG群体分离，仅北Cape York包含两分支单倍型；单倍型多样性（haplotype diversity）为0.9039，Tajima’s D为0.379（P=0.705，不显著），结论为Kinka种群与昆士兰最近北部种群共享单倍型。
Ecological Niche Modelling：以41条出现记录、19个WorldClim生物气候变量、相对湿度和海拔建模，经共线性筛选保留8个预测变量（相对湿度、海拔、BIO2、BIO7、BIO9、BIO11、BIO12、BIO19）。全昆士兰背景导致AUC膨胀，Random Forest的AUC为1并预测内陆高度适宜，不符合已知生态；MaxEnt的AUC为0.995且空间预测较合理，故保留MaxEnt。30 km海岸缓冲后，10次bootstrap平均AUC为0.921±0.012。投影显示Cape York海岸适宜性>0.8并向南递减，Central Queensland海岸为高至中等，Kinka Wetlands属中等，南部沿海低、内陆大多不适宜。Jackknife显示温度年较差单独训练增益最高（0.5468），其次为最冷季度平均温度（0.3436）和最干季度平均温度（0.3046）；省略后增益下降最多者为海拔（0.652）、温度年较差（0.969）和年降水量（1.032），结论为温度相关因素主导分布且23^°纬度在适宜范围内。

讨论部分总结：分子基因分型确认Kinka样本为An. farauti且属昆士兰基因型，排除了An. hinesorum和An. torresiensis；所有样本具单一mtDNA COI单倍型，与Mackay原南界个体一致，支持昆士兰种群与南PNG及Northern Territory群体遗传和地理上不同，并涉及来自An. hinesorum的古老线粒体渐渗。MaxEnt最终AUC>0.9，但小样本（n=41）和空间偏差要求谨慎解释；Random Forest预测不现实，故以MaxEnt为主要框架。与需“距海岸距离”变量的GARP模型相比，MaxEnt更能刻画沿海分布。模型预测Kinka Wetlands及以南存在适宜生境但低于北部昆士兰；原文认为驱动因素尚不确定，但2020至2023年La Ni?a和昆士兰海岸海表温度上升可能创造有利条件。温度年较差、最冷季度平均温度、最干季度平均温度及作为热代理的海拔影响显著；年降水量和日温较差亦重要，海洋热缓冲和半咸水适应支持沿海持久存在。原文还指出2002年昆士兰远北由An. farauti驱动的疟疾暴发及2023至2024年检测到南扩的公共卫生意义。

研究结论翻译：利用线粒体DNA COI和核rDNA ITS2及ITS1基因分型的遗传分析确认，An. farauti的南向扩张来源于昆士兰种群内部。该种群的遗传均一性，结合该物种利用淡水和半咸水沿海生境的能力，以及其在生态位模型中对温度相关范围预测变量的强烈依赖，提示气候变暖和邻近海洋变暖可能进一步促进其向南扩张，并因此影响澳大利亚区域疟疾风险图。