近日，華大海洋聯合湖北大學、新加坡國立大學在國際學術期刊BMC Ecology and Evolution上發表具海陸兩(liang) 棲生活習(xi) 性的潮蛛（Desis jiaxiangi）線粒體(ti) 基因組論文（圖1），為(wei) 蜘蛛類群的基因組進化及水生環境適應性等研究提供了很好的參考案例，為(wei) 開展兩(liang) 棲生活物種的深入研究奠定了堅實的基礎。 

圖1 論文發表在BMC Ecology and Evolution上 

結合高通量測序和生物信息分析方法，該研究組裝注釋出完整的潮蛛線粒體(ti) 基因組圖譜，並整合其它已報道的45種蜘蛛線粒體(ti) 基因組數據，對蜘蛛線粒體(ti) 基因組的適應性演化進行了係統分析^[1]。 

華大海洋研究院博士生李凡為(wei) 論文第一作者，新加坡國立大學李代芹教授和華大海洋研究院院長石瓊教授為(wei) 論文共同通訊作者。 

蜘蛛隸屬於(yu) 無脊椎動物門、蛛形綱、蜘蛛目，是一個(ge) 種類繁多、形態各異的捕食者類群。擁有超過3.8億(yi) 年的演化曆史^[2]，現已知有近5萬(wan) 種^[3]。 

雖然絕大多數蜘蛛生活在陸生生態環境，但仍有極少數的物種能棲居於(yu) 完全淹沒的淡水或者海水中。 

潮蛛屬（Desis）蜘蛛就是這樣一個(ge) 特殊的具海陸兩(liang) 棲生活習(xi) 性的類群，生活於(yu) 千變萬(wan) 化的潮間帶（圖2）。 

在漲潮時，潮蛛會(hui) 被完全淹沒於(yu) 其棲居的珊瑚石孔隙中，直至潮水退去。鑒於(yu) 線粒體(ti) 是細胞內(nei) 氧化磷酸化和合成三磷酸腺苷（ATP）的主要場所，直接為(wei) 細胞的生命活動提供能量，課題組對潮蛛的線粒體(ti) 進行了係統性組裝和注釋，並結合其它已公開的蜘蛛完整線粒體(ti) 基因組數據進行演化分析及選擇壓預測。 

圖2 潮蛛棲息地海洋潮間帶生境 

該論文組裝注釋出完整的潮蛛線粒體(ti) 基因組圖譜（圖3），並結合包括水蛛（Argyroneta aquatica）在內(nei) 的其它45種蜘蛛的線粒體(ti) 基因組數據進行了比較分析。結果發現，潮蛛線粒體(ti) 基因組在trnL2和 trnN基因上發生了獨有的基因重排現象（圖4）。 

圖3 潮蛛線粒體(ti) 基因組 

圖4 蜘蛛線粒體(ti) 基因組的基因排列現象 

該文構建了高可信度的係統進化樹（圖5），清晰地展示出相關(guan) 蜘蛛類群的演化關(guan) 係。基於(yu) 分子鍾的預測方法，結合文獻報道的化石年代校正，該研究推斷出潮蛛和水蛛的分歧時間發生在約0.98億(yi) 年前（圖6）。 

圖5 基於(yu) 46種蜘蛛構建的係統進化樹 

圖6 基於(yu) 化石校正的蜘蛛譜係分歧時間預測 

在以水蛛和潮蛛這一具“水生習(xi) 性”支係為(wei) 前景枝進行選擇壓分析時，檢測得到nd4基因有正選擇信號。此外，在以線粒體(ti) 13個(ge) 蛋白編碼基因為(wei) 數據集分析時，多個(ge) 物種（Pirata subpiraticus、Hypochilus thorelli和 Argyroneta aquatica）擁有更高的Ka/Ks值；有趣的是，這3種蜘蛛都在nd6基因檢測到了正選擇信號。 

論文總結到，潮蛛trnL2和 trnN基因的重排現象（參見圖4）暗示有關(guan) 線粒體(ti) 基因組在演化曆程中經曆過一定的基因組重排。研究發現，在蜘蛛類群中atp8的Ka及Ka/Ks值最高（圖7），說明atp8經曆過更為(wei) 寬鬆的選擇壓並積累了更多的非同義(yi) 突變；cox1的Ka及Ka/Ks值最低（圖7），說明其同義(yi) 突變的比例更高，也更為(wei) 保守，適合作為(wei) 重構係統進化樹的分子標記。 

圖7 基於(yu) 46種蜘蛛線粒體(ti) 基因組的Ka（a）及Ka/Ks（b）計算值 

在以線粒體(ti) 13個(ge) 蛋白編碼基因作為(wei) 數據集計算Ka/Ks比值時，所有46種蜘蛛的Ka/Ks值均小於(yu) 1（圖8），說明蜘蛛線粒體(ti) 演化主要受純化選擇主導。 

在正選擇分析中，對“水生習(xi) 性”支係以及前麵提及的3種特殊蜘蛛所在支係進行前景枝標定時，分別檢測得到nd4和nd6基因的正選擇信號，這可能有助於(yu) 解釋不同生活習(xi) 性的蜘蛛在應對相應環境的能量代謝需求時可能存在的相關(guan) 適應性演化。 

圖8 以46種蜘蛛線粒體(ti) 基因組中13個(ge) 蛋白編碼基因為(wei) 整合數據集計算的Ka/Ks值 

該論文為(wei) 水生生活適應性以及蜘蛛類群的係統演化研究提供了新的遺傳(chuan) 資源數據，為(wei) 蛛形學研究提供了新的思路，具有重要的參考價(jia) 值。 

參考文獻

[1] Li F. et al. BMC Ecology and Evolution, 2021, 21:72.

[2]Selden P.A. et al. Palaeontology, 1991, 34: 241-281.

[3] World Spider Catalog. Natural History Museum, Bern, Germany.

 

深圳科普匯總深圳最全麵的科普活動：點擊查看深圳科普活動匯總

1、關(guan) 注深圳科普訂閱號（深圳科普匯集深圳最全麵的科普活動）

2、回複關(guan) 鍵詞“本月活動”查看深圳最全麵的科普活動