《Current Issues in Molecular Biology》：Complete Mitogenome of Myrmica afghanica and Its Phylogenetic Placement Within Myrmica (Formicidae)
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线粒体基因组是昆虫物种鉴定和系统发育重建中极具价值的分子标记，然而蚁科（Formicidae）的线粒体基因组资源仍然匮乏。研究人员组装并注释了阿富汗红蚁（Myrmica afghanica）新的完整线粒体基因组。该环状线粒体基因组长度为15,436 bp，包含
线粒体基因组是昆虫物种鉴定和系统发育重建中极具价值的分子标记，然而蚁科（Formicidae）的线粒体基因组资源仍然匮乏。研究人员组装并注释了阿富汗红蚁（Myrmica afghanica）新的完整线粒体基因组。该环状线粒体基因组长度为15,436 bp，包含膜翅目昆虫祖先保守的37个线粒体基因，未发生大规模结构重排。其表现出高AT含量（82.29%）和异质性的核苷酸偏斜，这与切叶蚁亚科（Myrmicinae）内谱系特异性的线粒体基因组特征一致。蛋白质编码基因表现出AT偏倚的密码子使用模式以及疏水性氨基酸的富集，且trnS1-tct基因缺乏完整的DHU茎环结构。系统发育分析支持阿富汗红蚁为暗红蚁（M. scabrinodis）的姐妹种。本研究提供了阿富汗红蚁新的线粒体基因组资源，明确了其系统发育位置，为未来红蚁属（Myrmica）的系统学研究提供了必要的分子数据并提高了系统发育分辨率。
**《阿富汗红蚁完整线粒体基因组及其系统发育地位：基于蚁科红蚁属的整合分析》**
**一、研究背景与科学问题**
蚁科（Formicidae）隶属膜翅目，是全球多样性最高的昆虫类群之一，已描述物种超过14,000种，展现出显著的形态与进化多样性。尽管蚂蚁系统学已取得长足进展，但由于形态保守性和种内表型可塑性，许多属级和种级系统发育关系及分类界限仍悬而未决。线粒体基因组具有进化速率快、母系遗传、重组有限等特点，已成为物种界定和系统发育重建的有力工具，在揭示隐存种、修正争议分类地位以及提高蚂蚁属内和属间系统发育分辨率方面发挥了重要作用。
红蚁属（Myrmica）隶属于最大的蚂蚁亚科——切叶蚁亚科（Myrmicinae），广泛分布于温带地区和东南亚高山地带。该属物种形态高度相似、种内多态性明显，传统形态学鉴定面临困难，导致种间界限和系统发育关系长期存在不确定性。阿富汗红蚁（Myrmica afghanica）最初描述自阿富汗，后在中国西部高海拔地区被发现，其分类界定和系统发育位置长期悬而未决。由于该物种雄性形态尚未被描述，仅凭雌性形态特征无法将其可靠地归入任何已知的种组。基于工蚁和蚁后的形态学证据存在两种竞争性假说：阿富汗红蚁可能属于rubra种组（具体为中亚dshungarica复合群），或属于smythiesii种组。然而，此前该物种完全缺乏完整的线粒体基因组或足够的分子数据，其系统发育位置无法得到验证，这些形态学假说也缺乏严格的分子证据支持。这一数据缺口严重制约了高山红蚁属的系统学与生物地理学研究。因此，本研究旨在测定并注释阿富汗红蚁的完整线粒体基因组，明确其基因组结构特征，并通过系统发育分析确定其在红蚁属内的系统发育位置，填补重要的数据空白。
**二、主要关键技术方法**
研究人员于2023年7月19日在中国四川省康定市榆林街道折多河合村采集了32头阿富汗红蚁工蚁个体（凭证标本号C23845），取其中12头巢友工蚁混合提取DNA。形态鉴定由西南林业大学徐正会教授完成。线粒体DNA富集采用Minute?组织线粒体分离试剂盒及NEBNext? Microbiome DNA Enrichment Kit完成。基于Illumina NovaSeq 6000平台进行双端测序，获得29,989,460条高质量clean reads。利用GetOrganelle v1.7.7.5和MitoZ v2.3进行从头组装，结合参考引导方法组装完整环状线粒体基因组，平均测序深度208.73×。采用MITOS在线服务器进行基因注释，结合SnapGene Viewer v1.1.3人工校核基因边界。系统发育分析基于13个蛋白质编码基因（protein-coding genes, PCGs）的核苷酸序列，使用MAFFT v7.450比对，分别采用IQ-TREE v3.0.1进行最大似然法（Maximum Likelihood, ML）分析和MrBayes v3.2.6进行贝叶斯推断（Bayesian Inference, BI），以意大利蜜蜂（Apis mellifera ligustica）作为外群。
**三、研究结果**
**3.1 阿富汗红蚁线粒体基因组基本特征**
阿富汗红蚁完整线粒体基因组为15,436 bp的环状DNA分子，编码37个线粒体基因，包含13个蛋白质编码基因、22个转运RNA（tRNA）基因、2个核糖体RNA基因（rrnS和rrnL）以及一个非编码的AT富集控制区。全基因组AT含量高达82.29%，AT-skew为-0.02783，GC-skew为-0.29644。不同基因组区域的碱基组成存在差异：蛋白质编码区（10,999 bp）AT含量为80.55%，tRNA基因（1,484 bp）和rRNA基因（2,086 bp）的AT含量分别为86.25%和84.47%，控制区（571 bp）的AT含量最高，达91.77%。基因排列顺序方面，23个基因位于正链，14个基因位于负链。PCG长度从atp8的162 bp到nad5的1,659 bp不等，tRNA基因长度介于58 bp（trnS1-tct）至76 bp（trnT-tgt）之间。所有PCG使用标准的无脊椎动物线粒体起始密码子（ATG、ATT、ATA），大多数以完整的TAA或TAG终止，仅nad2使用不完整的单T终止密码子。相对同义密码子使用（relative synonymous codon usage, RSCU）分析显示明显的AT偏倚偏好，以A或T结尾的密码子明显多于以G或C结尾的密码子。氨基酸组成方面，疏水性氨基酸占主导地位：异亮氨酸（Ile，13.48%）、亮氨酸（Leu2，11.66%）、苯丙氨酸（Phe，10.74%）和甲硫氨酸（Met，10.07%）最为丰富，合计超过全部编码氨基酸的45%。22个tRNA基因的二级结构预测显示，绝大多数可折叠为典型的三叶草结构，仅trnS1-tct缺乏完整的DHU茎环结构。
**3.2 系统发育拓扑关系**
利用13个线粒体蛋白质编码基因对阿富汗红蚁及其他35种蚂蚁进行系统发育分析。最大似然法和贝叶斯推断均以高支持率恢复了所有采样蚂蚁物种的单系性。两种方法均强烈支持阿富汗红蚁为暗红蚁（M. scabrinodis）的姐妹种，其中ML树的自举值（bootstrap value, BS）为100%，BI树的后验概率（posterior probability, PP）为1.00。
**四、讨论与结论**
新组装的阿富汗红蚁线粒体基因组保留了膜翅目祖先的基因组成和排列顺序，未发生大规模重排，这与切叶蚁亚科中观察到的保守线粒体基因组组织结构一致。其基因组长度（15,436 bp）和AT含量（82.29%）与其姐妹种暗红蚁（15,310 bp，AT = 82.2%）高度相似，进一步支持了两者的密切亲缘关系。密码子使用和氨基酸组成分析揭示了阿富汗红蚁线粒体PCGs中明显的AT偏好性，几乎所有高频同义密码子均以A/T结尾，富含GC的密码子被严重抑制。在tRNA二级结构方面，仅trnS1-tct缺乏完整的DHU茎环结构，这是膜翅目线粒体基因组中常见的偏离典型三叶草结构的情况。
系统发育分析结果为阿富汗红蚁长期争议的分类地位提供了关键分子证据。此前基于雌性形态学特征，阿富汗红蚁被认为可能属于rubra种组（dshungarica复合群）或smythiesii种组，但线粒体基因组数据明确将其置于scabrinodis种组，作为暗红蚁的姐妹种。这一分子证据与先前的形态学假说相矛盾，凸显了线粒体基因组数据在解决红蚁属模糊分类问题中的价值。值得注意的是，阿富汗红蚁分布在高海拔地区，推测主要栖息于与河谷微环境相关的草原和森林草原生境，这与其姐妹种暗红蚁偏好凉爽湿润微生境（如潮湿草甸和河岸带）的生态特征相吻合，提示该谱系内可能存在重叠的微生境关联。
本研究成功测序并注释了阿富汗红蚁的完整线粒体基因组，为这一分类学上长期未决的物种提供了新的线粒体基因组资源。该15,436 bp的线粒体基因组具有保守的膜翅目基因排列，包含典型的37个线粒体基因。核心发现是线粒体系统发育结果支持阿富汗红蚁为暗红蚁的姐妹种，这一分子定位有助于解决阿富汗红蚁长期存在的分类不确定性，为未来红蚁属的系统分类和比较线粒体基因组学研究提供了基础分子数据。
