《Biology》：COI DNA Barcoding of Six Schizothoracine Fishes from the Tarim River Basin, Xinjiang, China: Implications for Species Delimitation and Phylogenetic Relationships
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为了检验基于COI（细胞色素c氧化酶亚基I）的DNA条形码在物种界定中的表现，研究人员对新疆特产的六种裂腹鱼亚科（Schizothoracine）鱼类的线粒体COI基因进行了扩增和测序。随后，研究人员对COI基因数据集进行了特征描述，量化了遗传分歧，并利用基于
为了检验基于COI（细胞色素c氧化酶亚基I）的DNA条形码在物种界定中的表现，研究人员对新疆特产的六种裂腹鱼亚科（Schizothoracine）鱼类的线粒体COI基因进行了扩增和测序。随后，研究人员对COI基因数据集进行了特征描述，量化了遗传分歧，并利用基于距离的方法推断系统发育关系。形态学检查支持分类群之间存在明显的表型分化。特别地，Diptychus maculatus（斑重唇鱼）通过具有单对须和相对稀疏的鳞片，可以很容易地与密鳞的Schizothorax（裂腹鱼属）物种区分开。COI基因序列显示出明显的AT偏好（55.1%），这与硬骨鱼（teleost）线粒体基因组的报道模式一致。在所有样本中，鉴定出11个单倍型。成对比较显示，最大种间分歧度为15.296%，而最小种间距离（0.262%）出现在Schizothorax barbatus（须裂腹鱼）和Schizothorax irregularis（异裂腹鱼）之间。物种界定分析和系统发育重建支持将D. maculatus和Aspiorhynchus laticeps（扁吻鱼）作为独立的线粒体谱系，而S. biddulphi（贝氏裂腹鱼）、S. eurystomus（宽口裂腹鱼）、S. irregularis和S. barbatus则未被COI基因完全解析。四种裂腹鱼物种间共享的单倍型和低遗传距离可能反映了近期分化、不完全谱系分选或历史基因流。总体而言，COI基因条形码能有效区分本数据集中的主要谱系，尤其是D. maculatus和A. laticeps。
**研究背景与目的**
裂腹鱼亚科（Schizothoracinae）是青藏高原及其邻近高海拔河流网络中极具代表性的鱼类类群，具有适应高原环境的特征（如两排扩大的臀鳞之间的腹缝）。在中国西北干旱区新疆，塔里木河流域是内陆淡水动物的重要庇护所，栖息着六种广泛公认的裂腹鱼物种：Schizothorax biddulphi（贝氏裂腹鱼）、Aspiorhynchus laticeps（扁吻鱼）、Diptychus maculatus（斑重唇鱼）、Schizothorax irregularis（异裂腹鱼）、Schizothorax barbatus（须裂腹鱼）和Schizothorax eurystomus（宽口裂腹鱼）。这些鱼类既是当地渔业的基础，也与高原河流系统的生态功能密切相关，能够反映区域水文条件的变化。然而，长期的人类干扰（如生物入侵、栖息地退化和过度捕捞）以及气候驱动的水文改变（如水库灌溉导致径流减少、冰川退缩），已导致这些鱼类种群显著下降。其中，A. laticeps被列为国家一级保护动物，D. maculatus于2021年被列为国家二级保护动物。然而，新疆裂腹鱼类的分类地位和遗传多样性仍不清晰。尤其是塔里木河流域的几个Schizothorax拟种在形态上高度相似，主要依据唇部结构、须数量和下颌角质化程度等细微特征进行区分，这些特征可能随发育阶段、生境条件或表型可塑性而变化，导致仅依赖外部形态难以准确鉴定。更重要的是，这些物种是否代表独立进化的遗传谱系，抑或只是近期分化、生态型、不完全谱系分选或基因渗入的结果，仍属未知。因此，研究人员开展本研究，旨在利用诊断性形态特征与线粒体COI DNA条形码相结合的方法，评估六种裂腹鱼的物种鉴定和遗传分化情况。研究假设：形态学认定的物种应表现出COI基因序列的遗传分化（表现为物种特异性单倍型、清晰的种间遗传距离和支持良好的线粒体谱系）；同时，紧密相关的Schizothorax物种间可能因不完全谱系分选、近期分化或历史基因流而出现单倍型共享和较弱的分类解析力。具体目标包括：检验COI条形码能否支持基于形态的物种鉴定；评估各分类群间的条形码间隙和遗传距离差异；检测紧密相关Schizothorax物种间的单倍型共享；以及澄清样本间的线粒体系统发育关系。论文发表在《Biology》。
**关键技术方法**
研究人员于塔里木河流域的Kizil河和Weigan河采集了124尾来自六个裂腹鱼物种的标本（样本队列来源已注明）。主要方法包括：基于《新疆鱼类志》的形态学鉴定；提取尾鳍组织基因组DNA，使用特异性引物扩增线粒体COI基因片段（656 bp），通过Sanger测序获得序列；利用MEGA v11.0进行序列比对、碱基组成和遗传距离（未校正p-距离）分析；使用DNASP v6.12.03计算单倍型多样性和核苷酸多样性；通过PopART v1.7构建单倍型网络；运用ABGD（自动条形码间隙发现）、GMYC（广义混合Yule-聚结模型）和bPTP（贝叶斯泊松树过程）进行物种界定分析；基于最大似然法（ML）和贝叶斯推断（BI）重建系统发育树。
**研究结果**
**3.1 六种新疆裂腹鱼类的形态学分类与鉴定**：研究人员依据形态学关键特征（须对数、鳞片、咽齿列数、唇部结构和下颌角质化程度）将124尾样本鉴定为三属六种。其中，D. maculatus具有单对须、裸露胸腹区和两排咽齿（3·4/4·3）；A. laticeps具单对须、大头、下颌长于上颌、扁平的吻部及三排咽齿（2·3·5/5·3·2）；四种Schizothorax物种均具两对须和三排咽齿，但唇部结构和角质化程度不同（如S. eurystomus的下颌有横向角质突起，下唇宽间隔中断；S. biddulphi则无此特征）。
**3.2 COI基因序列片段分析**：COI序列（656 bp）包含106个变异位点（16.30%）、549个保守位点（83.70%）和104个简约信息位点（15.93%）。所有物种均表现出显著的AT偏好（55.1%）。遗传多样性分析显示，D. maculatus具有最高的单倍型多样性（Hd=0.75）和核苷酸多样性（π=0.0027），而S. irregularis最低（Hd=0.44, π=0.00073）。共鉴定出11个单倍型，其中Hap-1（44个个体）和Hap-3（35个个体）在四种Schizothorax物种间共享，表明该组内存在广泛的单倍型共享和有限的COI基因分化；而A. laticeps以Hap-5为主导，D. maculatus以Hap-4为主导（后者与参考序列MN_413609.1相似度98.04%）。
**3.3 六种新疆裂腹鱼的遗传距离分析**：种间遗传距离范围为0.262%至15.296%。最大距离出现在D. maculatus与S. barbatus之间（15.296%），其次为D. maculatus与S. irregularis之间（14.352%），均远超Hebert提出的2%物种鉴定阈值。种内距离均低于0.5%。四种Schizothorax物种间的种间距离很低，最小值在S. barbatus与S. irregularis之间（0.262%），接近其种内距离，未形成清晰的条形码间隙。ABGD、GMYC和bPTP分析一致地将六种鱼类划分为三个分子单元：第一个单元包含四种Schizothorax物种，D. maculatus和A. laticeps各为独立单元。这些结果支持D. maculatus和A. laticeps为独立的COI分子谱系，而四种Schizothorax物种未能被COI有效区分。
**3.4 基于ML拓扑的COI谱系关系**：ML系统发育树显示，D. maculatus形成一个明显分离且深度分化的COI谱系，A. laticeps也恢复为独立的线粒体谱系。而四种Schizothorax物种的个体聚在一起，内部分支短，未形成物种特异的COI谱系，与共享单倍型和低种间距离一致。物种界定分析的结果也支持这一模式。
**讨论与结论**
讨论部分指出：所有六种鱼类COI基因均呈现明显的AT偏好，符合硬骨鱼线粒体特征，证实了数据集的可靠性。遗传多样性分布不均，D. maculatus（高海拔分布）显示最高的线粒体多样性，可能反映了长期在寒冷低氧条件下的持续演化，而S. irregularis多样性最低。形态学与COI条形码比较表明，COI条形码能有效区分形态上差异大的D. maculatus和A. laticeps（种间差异约为种内差异的48倍，且条形码间隙清晰），但对四种紧密相关的Schizothorax物种解析力有限，其种间距离接近种内距离，且存在单倍型共享。这提示这些Schizothorax物种可能经历了近期分化、不完全谱系分选、历史基因流或生态型分化，而非生殖隔离导致的物种形成。系统发育关系方面，D. maculatus与其他谱系的遗传分化最强，A. laticeps在遗传上更接近Schizothorax，但仍是独立谱系；四种Schizothorax物种COI差异极小。结论部分（翻译自原文）：在本研究中，COI基因条形码被用于评估新疆六种裂腹鱼类的物种鉴定和遗传关系。结果表明，COI序列含有足够的变异来区分主要线粒体谱系。根据诊断形态学归入不同于Schizothorax属的Diptychus maculatus和Aspiorhynchus laticeps，被恢复为独立的线粒体谱系，与基于形态的分类界定和物种界定结果一致。相比之下，四种Schizothorax物种（包括S. biddulphi、S. eurystomus、S. irregularis和S. barbatus）表现出较低的遗传分化，共享Hap-1和Hap-3单倍型，且未形成充分支持的物种特异性进化支。这些发现表明，COI基因条形码有助于识别基于形态的属级分化及主要线粒体谱系，但对于塔里木河流域内紧密相关的Schizothorax物种解析力有限，这可能源于近期分化、不完全谱系分选或历史基因流。因此，当前的单一COI证据应被视为对基于形态的属级分类的补充而非替代。未来对Aspiorhynchus、Diptychus和Schizothorax之间关系的重新评估，需要多基因座核标记、全基因组数据、更广泛的分类群采样以及整合形态学分析的更强证据。从保护角度而言，扩大区域COI基因条形码参考文库，将有助于新疆本地裂腹鱼类的物种认证、生物多样性调查和长期监测，特别是针对具有保护意义的谱系（如D. maculatus和A. laticeps）。未来的基因组后续研究对于澄清物种边界、检测可能的基因渗入以及界定合适的保护单元至关重要。
