《Ecology and Evolution》：Can Ectoparasite Phylogenetics Shed Light on Host Evolution? The Batracobdella Leeches and Speleomantes Salamanders' System
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本文探讨了利用寄生虫（特别是水蛭）的系统发育关系来解析其宿主（撒丁岛的洞穴螈）演化历史的新思路。通过比较宿主与寄生虫的进化树，文章验证了法伦霍尔茨法则，揭示了宿主-寄生虫的协同进化及宿主转移事件，为理解这类特殊生物间的演化关系提供了互补证据和新的假说。
1 引言
理解物种间的进化关系是进行比较生物学研究的基础。许多生物类群的进化历史仍存在未知或存在相互冲突的系统发育推断，需要来自其他方面的信息加以补充。共生体的系统发育关系可以为研究其宿主的演化提供重要线索。其中，寄生虫与宿主的系统发育树在理论上应具有拓扑结构的一致性，这被称为法伦霍尔茨法则。因此，研究共生体的进化有助于阐明其宿主的进化历程。
在欧洲的陆螈类群中，洞穴螈属的进化关系尚未完全明晰。该属是唯一在欧洲发生辐射进化的无肺螈类群，包含分布在欧洲大陆的3个物种和地中海撒丁岛特有的5个物种。大陆物种间的系统发育关系较为明确，但大陆类群与撒丁岛物种的分化关系，以及岛上物种间的进化关系，仍存在争议和冲突。撒丁岛的洞穴螈物种已知寄生有一种外寄生水蛭，属于巴特拉科贝尔达属，通常被认为是阿尔及利亚水蛭，但其遗传学证据此前是缺失的。
本研究旨在通过重建撒丁岛洞穴螈外寄生水蛭的系统发育关系，探索这一宿主-寄生虫系统中的法伦霍尔茨法则。通过比较寄生虫与最新推断的宿主系统发育树，旨在解决宿主进化历史中的不一致之处，并提出新的进化假说，同时首次在分子水平上描述了这些水蛭的遗传特征。
2 材料与方法
研究的采样工作集中在收集寄生在撒丁岛五种洞穴螈上的巴特拉科贝尔达属水蛭。调查共覆盖了11个已知有水蛭寄生的洞穴螈种群，最终收集了21条水蛭样本，其中19条为螈外寄生虫（18条来自撒丁岛，1条来自科西嘉岛），另外2条为自由生活的个体。从这些样本中提取DNA，并对两个线粒体条形码区域——细胞色素C氧化酶亚基I（COI）和16S小亚基核糖体RNA基因（16S）进行了扩增和测序。
测序后，将新生成的序列与从NCBI GenBank数据库中获取的巴特拉科贝尔达属其他物种的公开序列合并，分别构建了COI和16S数据集。使用MAFFT程序进行多序列比对，并通过jModelTest确定最佳核苷酸替代模型。随后，使用RaxML-NG程序通过最大似然法推断系统发育关系，并使用自由生活水蛭的序列作为外群。分支支持度通过非参数自举法计算。最后，将包含螈外寄生水蛭的COI进化树与最新的宿主（洞穴螈）系统发育树进行拓扑结构比较，并计算了Shimodaira-Hasegawa检验以评估两种拓扑结构的拟合度。
3 结果
在采集的水蛭样本中，外寄生巴特拉科贝尔达水蛭在撒丁岛不同宿主物种间的发现是不均匀的：在3个种群的黄螈中找到9条，在3个种群的帝王螈中找到4条，在1个种群的山螈中找到3条，在1个种群的热内氏螈和1个种群的萨拉布斯螈中各找到1条。新生成的COI序列与GenBank中阿尔及利亚水蛭的序列平均有91%的相似性。新生成的16S序列则在GenBank中未找到阿尔及利亚水蛭的对应序列，其最佳匹配是螃蟹水蛭的完整线粒体基因组，平均相似性为90%。
系统发育分析显示，所有巴特拉科贝尔达属序列聚为一个高支持度的分支。在COI树中，新生成的螈外寄生水蛭形成了一个独立的分支，其姐妹群是主要由阿尔及利亚水蛭的NCBI序列构成的分支。在撒丁岛水蛭分支内部，萨拉布斯螈的寄生虫首先分出，形成独立分支。随后，热内氏螈的寄生虫分出，剩下的分支则包含了萨普拉蒙提斯螈的寄生虫，以及聚在一起的帝王螈和黄螈的寄生虫。
将螈外寄生水蛭的COI系统发育拓扑与最新的宿主系统发育树进行比较时，发现了两处倒置的进化位置：萨普拉蒙提斯螈与帝王螈之间，以及萨拉布斯螈与热内氏螈之间。基于这些比较，研究提出了关于洞穴螈物种间关系的新进化假说。Shimodaira-Hasegawa检验表明，宿主树的拓扑结构能够较好地拟合寄生虫的COI序列数据。
4 讨论与结论
本研究首次重建了撒丁岛螈外寄生水蛭的进化历史及其与巴特拉科贝尔达属其他水蛭的关系，得到了迄今为止该属最完整的系统发育树。分析揭示了被鉴定为阿尔及利亚水蛭的样本中存在高度的遗传多样性，至少存在三个不同的谱系。研究还开创性地探索了巴特拉科贝尔达水蛭与洞穴螈系统中法伦霍尔茨法则的适用性。
比较宿主与寄生虫的系统发育树揭示了两者在进化史上的一些一致性。例如，在最新的宿主系统发育树和本研究的寄生虫系统发育树中，都恢复了一个由撒丁岛东北部分布的物种（黄螈、帝王螈、萨普拉蒙提斯螈及其各自的水蛭）构成的分支，这揭示了潜在的协同进化过程。
然而，也存在不一致之处。在仅考虑撒丁岛五个物种时，先前的宿主系统发育研究均将热内氏螈恢复为东部撒丁岛物种的姐妹群。如果宿主和寄生虫因协同进化过程而具有完全一致的进化树，那么萨拉布斯螈才应该是其他四个撒丁岛物种的姐妹种。考虑到先前的宿主系统发育证据，热内氏螈外寄生水蛭的系统发育位置更有可能通过一次宿主转移事件来解释。
为了更深入地理解这一共系统发育关系，未来需要进一步研究这些外寄生水蛭的生活史，包括其传播方式、宿主特异性以及是否作为血液寄生虫的媒介。此外，需要增加对样本量不足的热内氏螈和萨普拉蒙提斯螈寄生虫的采样，并探索来自其他撒丁岛两栖动物（包括活动性更强的无尾目）的寄生虫。要解决这一复杂的宿主-寄生虫系统进化问题，需要获取来自寄生虫和受寄生宿主的基因组数据（例如转录组数据），以提供进化更快的核标记。
总而言之，外寄生虫系统发育为洞穴螈的进化史提供了互补证据。它支持了由帝王螈、萨普拉蒙提斯螈和黄螈构成的进化分支，同时提出了关于大陆物种与萨拉布斯螈、热内氏螈之间关系的新假说。这些假设的进化情景需要通过获取和探索更多关于寄生虫和宿主的信息来加以验证。
