基于完整线粒体基因组的中国珠江上游两种爬岩鳅属鱼类（Hemimyzon megalopseos与H. pumilicorpora）系统发育研究

《Mitochondrial DNA Part B》：Complete mitochondrial genome of Hemimyzon megalopseos and H. pumilicorpora (Teleost: Balitoridae)

　　

本研究对采自中国珠江上游的两种爬岩鳅科（Balitoridae）鱼类——大鳞爬岩鳅（Hemimyzon megalopseos）与矮小爬岩鳅（Hemimyzon pumilicorpora）的完整线粒体基因组进行了测序与组装。两种线粒体基因组长度分别为16,571 bp和16,568 bp，均包含13个蛋白质编码基因（PCGs）、22个tRNA基因、2个rRNA基因及1个控制区。大鳞爬岩鳅的整体A+T含量为55.76%，矮小爬岩鳅为55.63%。基于13个PCGs的系统发育分析证实，这两种爬岩鳅属鱼类形成一个与华吸鳅属（Sinogastromyzon）互为姐妹群的单系分支。上述线粒体基因组是爬岩鳅属（Hemimyzon）首次公开可用的基因组资源，为未来Balitoridae科的分类学、进化和保护研究提供了有价值的数据。

论文解读

一、研究背景与科学问题

爬岩鳅属（Hemimyzon）隶属于鲤形目（Teleostei）爬岩鳅科（Balitoridae），目前包含18个有效种，广泛分布于东亚和东南亚主要河流的源头地区。该属鱼类通常适应于水流湍急、高溶氧的山区溪流，是淡水生态系统健康的重要指示生物。然而，关于该属的进化生物学和遗传资源研究仍十分匮乏。尽管线粒体基因组已被广泛用作鱼类系统发育重建、物种界定和种群遗传研究的有效分子标记，但此前尚无任何该属物种的完整线粒体基因组被报道，这阻碍了进一步的系统发育和保护基因组学研究。为此，研究人员对中国珠江上游采集的大鳞爬岩鳅（Hemimyzon megalopseos）和矮小爬岩鳅（Hemimyzon pumilicorpora）两个形态相似但可通过侧线鳞数和腹鳍基部间距加以区分的物种进行了线粒体基因组测序、组装和注释，旨在提供该属首个完整的线粒体基因组资源，并探讨其在Balitoridae科中的系统发育位置。

二、研究内容与主要结论

研究人员成功获得了大鳞爬岩鳅和矮小爬岩鳅的完整线粒体基因组，长度分别为16,571 bp和16,568 bp，二者均包含13个蛋白质编码基因（PCGs）、22个tRNA基因、2个rRNA基因和1个推定控制区。两个物种的A+T含量分别为55.76%和55.63%，与已报道的其他Balitoridae科线粒体基因组A+T含量接近，处于该科的典型范围。基于13个PCGs的最大似然（ML）系统发育分析表明，两种爬岩鳅属鱼类为密切相关的姐妹种，且爬岩鳅属与华吸鳅属（Sinogastromyzon）构成姐妹群关系。系统发育树还恢复了一个包含金沙鳅属（Jinshaia）、细尾鳅属（Lepturichthys）、华吸鳅属、爬岩鳅属及多个爬岩鳅属（Balitora）物种的高支持率分支，未发现其他谱系混杂。该结果支持了此前研究中关于Sinogastromyzon非单系性的发现，并为爬岩鳅属的系统发育位置提供了新的线粒体基因组证据。

三、关键技术与方法

本研究采用了以下主要技术方法：（1）样本采集与凭证标本保存：大鳞爬岩鳅采自云南省红河州建水县（24.018°N, 103.134°E），矮小爬岩鳅采自贵州省安顺市关岭县（25.885°N, 105.670°E），凭证标本均保存于中国科学院昆明动物研究所（KIZ），编号分别为KIZ2025004316和KIZ2025004317；（2）线粒体基因组测序：使用Ezup柱式动物基因组DNA纯化试剂盒提取右腹鳍组织总DNA，采用全基因组鸟枪法（WGS）构建PCR文库，在DNBSEQ-T7平台进行双端（2×150 bp）测序；（3）基因组组装与注释：使用MitoZ v3.6软件以默认参数完成线粒体基因组的组装和注释；（4）系统发育分析：基于20种Balitoridae科物种的13个PCGs，以鲤（Cyprinus carpio，KJ51182）和玫瑰高原鳅（Triplophysa rosa，NC019587）为外群，使用IQ-TREE version 2.0构建最大似然树，超快自助法（UFBoot）重复10,000次评估节点支持率。

四、研究结果

1. 大鳞爬岩鳅和矮小爬岩鳅线粒体基因组基本特征

大鳞爬岩鳅线粒体基因组全长16,571 bp，A+T含量55.76%（A: 30.44%，T: 25.32%，G: 16.55%，C: 27.69%）；矮小爬岩鳅线粒体基因组全长16,568 bp，A+T含量55.63%（A: 30.44%，T: 25.19%，G: 16.53%，C: 27.84%）。两者的基因组成完全相同，均包含13个蛋白质编码基因、22个tRNA基因、2个rRNA基因和1个推定控制区。在13个PCGs中，12个（nad2, cox1, cox2, atp8, atp6, cox3, nad3, nad4l, nad4, nad5, cytb, nad1）位于重链，仅nad6位于轻链。蛋白质编码基因使用三种不同的起始密码子（ATG、GTG、ATC）和终止密码子（TAA、TA、T）。上述A+T含量与西昌华吸鳅（Sinogastromyzon sichangensis）的55.5%和中华金沙鳅（Jinshaia sinensis）的54.59%相近，符合该科线粒体基因组的典型特征。

2. 大鳞爬岩鳅和矮小爬岩鳅的系统发育位置

基于13个PCGs的最大似然系统发育分析显示，大鳞爬岩鳅与矮小爬岩鳅互为姐妹种，二者构成的分支与华吸鳅属形成姐妹群关系。系统发育树还恢复了一个高支持率的大分支，包含金沙鳅属、细尾鳅属、华吸鳅属、爬岩鳅属以及多个Balitora属物种，且没有其他谱系插入其中。这一结果进一步证实了Sinogastromyzon在现有线粒体和核基因标记系统发育中的非单系性，也与先前基于线粒体基因的研究中关于大鳞爬岩鳅与华吸鳅属姐妹关系的结论一致。

五、讨论与结论

本研究中，研究人员首次提供了爬岩鳅属物种——大鳞爬岩鳅和矮小爬岩鳅的完整线粒体基因组公开数据，填补了Balitoridae科线粒体基因组学的重要空白。尽管爬岩鳅属分布范围较广，但其系统发育位置此前在很大程度上是未知的；近期系统发育研究虽揭示了该属的非单系性，但仅纳入了18个种中的少数几个，且缺乏可用线粒体基因组。本研究的系统发育分析确认了两个爬岩鳅属物种的姐妹关系，以及大鳞爬岩鳅与华吸鳅属的姐妹关系，这与先前研究一致。同时，研究再次恢复了Sinogastromyzon的非单系性，支持了基于线粒体和核标记的已有系统发育结果。研究人员认为，这两个线粒体基因组为未来爬岩鳅属及Balitoridae科的分类学、系统地理学和进化研究提供了坚实的遗传资源基础。