《ZooKeys》:A new leiognathid record from China with complete mitogenomes and phylogenetic insights of two
Aurigequula (Teleostei, Leiognathidae) species
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本研究针对西太平洋海域Aurigequula属鱼类分类不清的问题,通过形态学与线粒体基因组分析,首次确认中国水域A. striata记录,解析A. fasciata与A. striata的线粒体基因组结构差异。系统发育分析发现Aurigequula属可能为并系群,挑战了传统形态学分类体系,为Leiognath科进化研究提供新基因组资源。研究成果凸显线粒体数据在属级关系解析中的局限性,指出需整合核基因数据构建更可靠系统发育框架。
在热带印度-西太平洋的珊瑚礁海域,生活着一类被称为"ponyfishes"(眶棘鲾科)的小型海洋鱼类。尽管它们体型娇小,却拥有极其复杂的分类体系和高庋保守的形态特征,使得科学家们长期以来在界定属种界限时面临巨大挑战。其中,Aurigequula属作为眶棘鲾科中研究相对匮乏的类群,其物种多样性和系统发育关系在西太平洋海域尤其模糊不清。更棘手的是,该属鱼类缺乏可靠的形态鉴定图谱和基因组数据支撑,导致分类学研究长期停滞不前。
针对这一难题,来自上海海洋大学的研究团队开展了一项突破性研究。他们在海南三亚鱼市场进行标本采集时,意外发现了两个珍贵的Aurigequula striata标本,这标志着该物种在中国水域的首次科学记录。与此同时,研究人员还获得了来自海南陵水和三亚的A. fasciata新标本,为开展详细的比较形态学和基因组分析提供了宝贵材料。
这项发表于《ZooKeys》的研究,不仅填补了中国海域Aurigequula属鱼类记录的空白,更首次完成了A. striata(16,629 bp)和A. fasciata(16,537 bp)的完整线粒体基因组测序。通过对其13个蛋白编码基因(protein-coding genes, PCGs)的系统发育分析,研究揭示了眶棘鲾科亚科级分类的深层规律:Gazza亚科(Gazzinae)和Leiognathus亚科(Leiognathinae)均呈现良好的单系性支持。然而,在属级关系上却出现了令人惊讶的结果——基于贝叶斯推断(Bayesian inference, BI)的分析显示Aurigequula可能是一个并系群,其中A. fasciata与Leiognathus equula构成姐妹群,而将A. striata排除在外。这一发现与当前基于第二背鳍棘长度和体色图案等形态特征的属级诊断标准产生了直接冲突。
关键技术方法
研究采用形态测量与分子生物学相结合的方法:对采自海南岛鱼市场的标本进行形态学鉴定和特征测量;通过Illumina DNBSEQ-T7平台进行全基因组测序,使用FastMitoAssembler流程组装线粒体基因组;利用13个PCGs进行最大似然法(maximum likelihood, ML)和贝叶斯推断系统发育分析;通过Ka/Ks值评估选择压力。
物种描述与鉴定
通过对A. striata(标准体长152.62-156.75 mm)和A. fasciata(86.23-188.01 mm)的详细形态描述,研究人员建立了可靠的鉴定特征体系。A. striata体侧具12-15条明显垂直带纹,第二背鳍棘延长如丝状;A. fasciata除类似带纹外,腹侧还具有一系列圆形黄色斑块。值得注意的是,市场获取的标本显示原有金黄色彩可能因保存而褪为灰色,提示活体颜色在分类鉴定中的局限性。
线粒体基因组特征
两种鱼的线粒体基因组均包含典型的37个基因(13个PCGs、2个rRNA基因、22个tRNA基因)和一个主要非编码控制区。A. striata和A. fasciata的线粒体基因组全长分别为16,629 bp和16,537 bp,均呈现明显的AT偏好性(AT含量均为54.7%)。基因排列顺序与已知脊椎动物线粒体基因组一致,但控制区长度存在97 bp差异,反映了物种特异的进化轨迹。
密码子使用偏好与选择压力
两种物种均编码3,806个氨基酸,亮氨酸(leucine)是最丰富的氨基酸(A. striata 14.77%,A. fasciata 14.19%),半胱氨酸(cysteine)含量最低(均为0.68%)。选择压力分析显示所有PCGs的Ka/Ks比值均远小于1(ND2最高为0.1225,COX3最低为0.0170),表明这些基因在眶棘鲾科物种中均受到强烈的纯化选择。
系统发育关系冲突
研究最大的亮点在于揭示了分子系统发育与形态学分类的冲突。虽然ML分析支持Aurigequula为单系群,但考虑线粒体基因的速率异质性,BI分析结果更为可靠——它提示传统上依据第二背鳍棘长度和体色模式定义的Aurigequula属可能并非自然类群。这种分子与形态的 discordance 表明,这些形态特征可能是同塑性状(趋同进化)而非同源性状,也可能是近期分化谱系中快速形态分化的结果。
研究意义与展望
该研究不仅丰富了稀有眶棘鲾科鱼类的基因组资源,更提出了一个关键科学问题:当分子证据与形态特征冲突时,如何重新评估传统分类体系?研究人员指出,要构建能够调和分子与形态证据的可靠系统发育框架,必须整合多个独立的核基因位点。这一思路为未来鱼类系统分类学研究提供了重要方法论启示,同时也凸显了继续收集稀有物种标本、扩大基因组数据覆盖面的迫切性。
这项研究的意义超越了单纯的物种记录更新,它通过一个具体案例展示了整合多组学数据在解决复杂分类学问题中的威力,为海洋鱼类生物多样性研究和保护提供了新的技术路径和理论支撑。