《Insects》：A Mitogenome-Based Phylogenetic Framework for Mantidae (Mantodea: Mantoidea): Systematic Implications and Spatio-Temporal Dynamics
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螳科（Mantidae）在螳螂目（Mantodea）中表现出最广泛的适应性辐射；然而，阐明其内部系统发育关系和时空分化模式的研究仍然很少。本研究旨在通过检验几个亚科（特别是Tenoderinae和Hierodulinae）的多系性与线粒体基因组进化不完全理解相
螳科（Mantidae）在螳螂目（Mantodea）中表现出最广泛的适应性辐射；然而，阐明其内部系统发育关系和时空分化模式的研究仍然很少。本研究旨在通过检验几个亚科（特别是Tenoderinae和Hierodulinae）的多系性与线粒体基因组进化不完全理解相关的假设，来解决螳科中长期存在的分类学不确定性。为此，研究人员组装了16个完整的螳螂目线粒体基因组，包括7个代表Archimantini族（螳科：Hierodulinae）的样本。其中，10个线粒体基因组符合Cameron等人提出的祖先昆虫线粒体基因顺序，但6个线粒体基因顺序不符合祖先昆虫线粒体基因顺序。研究人员在三个物种中识别出典型的螳螂目线粒体重排模式，其特征是trnA-trnR-trnN-trnS-trnE-trnF和CR-trnI-trnQ-trnM-trnM-ND2基因簇内的基因重复。系统发育分析证实了Orthoderinae、Mantinae、Choeradodinae、Vatinae和Archimantini在螳科内的单系性；相反，Tenoderinae和Hierodulinae被解析为多系群。分化时间估计表明，现存螳螂目和蜚蠊目（Blattodea）的分化发生在中二叠世（275.4 Ma，95% HPD: 207.07–329.09 Ma）。螳科起源于晚白垩世（87.83 Ma，95% HPD: 58.89–118.23 Ma），大多数螳科亚科的分化发生在晚白垩世（80.48 Ma；95% HPD: 54.86–106.41 Ma）。历史生物地理学分析和估计的分化时间表明，螳科共同祖先起源于晚白垩世的冈瓦纳大陆。祖先范围重建将澳大拉西亚和热带区确定为螳科最可能的起源中心，并通过跨南极路线和利用“印度方舟”效应实现了全球分布。
**论文解读：基于线粒体基因组的螳科系统发育框架与时空动态研究**
**研究背景与问题**
螳科（Mantidae）是螳螂目（Mantodea）中物种最丰富、多样性最高的科，其适应性辐射广泛，但内部系统发育关系和时空分化模式长期存在争议。传统形态分类系统（如Schwarz和Roy在2019年提出的分类）基于外部形态和雄性生殖器解剖，但受趋同进化影响，导致多个亚科（如Tenoderinae和Hierodulinae）被推测为多系群。此前基于线粒体基因或转录组的研究在关键节点（如Mantinae的位置）上结果不一致，且对Hierodulinae和Tenoderinae的单系性存疑。此外，螳科的分化时间估计存在显著差异，从早侏罗世到晚古新世不等，且缺乏对时空动态的深入分析。因此，本研究旨在通过组装新线粒体基因组，结合系统发育、分化时间和生物地理学分析，解决螳科内部的分类学问题，并揭示其起源和扩散历史。
**研究内容与结论**
研究人员组装了16个新的螳螂目线粒体基因组，其中7个来自Archimantini族（Hierodulinae），并整合公开数据，最终构建了包含91个物种的矩阵（4科、12亚科、13族）。系统发育分析（最大似然法和贝叶斯法）证实了多个亚科（如Orthoderinae、Mantinae、Vatinae）和Archimantini族的单系性，但发现Tenoderinae和Hierodulinae为多系群，主要因Mesopteryx alata的嵌套位置。分化时间估计显示，螳目和蜚蠊目在中二叠世分化（275.4 Ma），螳科起源于晚白垩世（87.83 Ma），亚科辐射发生在晚白垩世至古近纪。生物地理学重建表明，螳科共同祖先起源于冈瓦纳大陆的澳大拉西亚和热带区，随后通过跨南极陆桥和“印度方舟”假说实现全球扩散。该研究发表在《Insects》期刊。
**关键技术方法**
研究采用以下主要方法：
- 样本采集：从野外采集螳螂样本，保存于95%乙醇中，并记录凭证标本（存放于浙江师范大学生命科学学院）。
- 基因组测序：使用Illumina HiSeq 2000平台进行二代测序，并用NOVOPlasty、GetOrganelle和MitoZ进行组装，确保至少三种方法一致。
- 基因注释：使用MITOS2和tRNAScan-SE预测tRNA结构，MEGA 11验证蛋白质编码基因（PCGs）翻译。
- 系统发育重建：基于13个PCGs和2个rRNA基因的串联数据集，使用RAxML和MrBayes分别进行最大似然和贝叶斯推断。
- 分化时间估计：采用MCMCTree和5个化石校准点，根年龄设为311.0 Ma。
- 生物地理学分析：使用BioGeoBEARS的DEC模型，基于8个生物地理区域（如古北区、新热带区等）进行祖先范围重建。
**研究结果**
**线粒体基因组组成与重排**
16个新线粒体基因组长度从15,427 bp（Oxyopsis peruviana）到17,049 bp（Archimantis latistyla）不等。其中10个符合祖先昆虫基因顺序，6个发生重排。基因重排集中在两个热点区域：trnA-trnR-trnN-trnS-trnE-trnF和CR-trnI-trnQ-trnM-ND2。例如，Euchomenella sp.、Orthodera novaezealandiae和Phasmomantella sp.出现trnR基因重复，而Rhombodera basalis和Hierodula timorensis存在CR-trnI-trnQ-trnM的串联重复。这些重排可用串联重复-随机丢失（TDRL）模型解释。
**系统发育分析**
贝叶斯树和最大似然树在部分节点存在差异，但均支持Chaeteessidae为基部分支，螳科为单系群（PP: 1.00, BS: 67）。亚科水平上，Choeradodinae+Orthoderinae为姊妹群，构成基部分支；Mantinae和Omomantinae可能为姊妹群。Archimantini族内，Pseudomantina为最祖先谱系，随后分化为Trachymantina和Archimantina。Mesopteryx alata嵌套在Hierodulinae，导致Tenoderinae和Hierodulinae多系。
**分化时间估计**
基于贝叶斯树，螳目和蜚蠊目分化于中二叠世（275.4 Ma，95% HPD: 207.07–329.09 Ma）。螳科起源于晚白垩世（87.83 Ma），亚科辐射始于80.48 Ma。Hierodulinae起源约70.44 Ma，Archimantini族在64.33 Ma分化。多数分化事件集中在晚白垩世至古近纪，与被子植物辐射和全球变暖时期吻合。
**历史生物地理学分析**
祖先范围重建显示，螳科共同祖先（节点153）在80.48 Ma可能分布于澳大拉西亚和新热带区（概率51.74%）。随后，主要谱系分化：Choeradodinae和Orthoderinae的祖先分布广泛，但Orthoderinae局限于澳大拉西亚；Hierodulinae起源于东南洋-澳大拉西亚，并向东南亚扩散；Vatinae、Stagmomantinae和Mellierinae在新热带区辐射，后通过跨南极路线或漂移扩散。
**讨论**
基因重排事件支持TDRL模型，trnR重复是常见模式，可作为系统发育标记。系统发育结果与转录组研究部分一致，但Mantinae的位置仍存争议，需更多数据。分化时间估计与化石记录和被子植物辐射吻合，但受化石稀缺影响，需谨慎解释。生物地理学分析强调冈瓦纳分裂和板块运动对螳科分布的影响，跨南极陆桥和“印度方舟”机制促进了全球扩散。
**结论**
本研究确认了Archimantini的单系性，识别了新的基因重排，并将螳科起源定于晚白垩世（87.83 Ma），亚科辐射在古近纪。生物地理学支持澳大拉西亚和新热带区为起源中心，随后通过跨南极陆桥和“印度方舟”实现全球分布。这些发现揭示了历史构造事件对螳科进化轨迹的深远影响。
