Systematic Biology — 南京农业大学揭示土壤动物代表类群弹尾虫从地上生境向地下生境的过渡演化过程

近日，南京农业大学张峰课题组在演化生物学期刊Systematic Biology（IF：15.683）上发表了题为“Phylogenomics of Elongate-Bodied Springtails Reveals Independent Transitions from Aboveground to Belowground Habitats in Deep-Time”的研究论文。该研究通过系统发育基因组学分析、分歧时间估算和祖先性状重建，揭示了土壤动物代表类群弹尾虫从地上生境向地下生境的过渡演化过程。

土壤生物已成为生物多样性研究的一个热点，但由于古生物学资料的缺乏，对土壤生物进化的模式和发育时间知之甚少。为了克服这一局限性，研究人员对一种古老的、拥有多个类群且分布广泛壤动物谱系——弹尾虫（弹尾纲，长角跳总科（Tomoceroidea））进行了基于基因组的宏观进化研究。

为了构建长角跳总科系统发育研究的难点鳞跳总科（Tomoceroidea）的系统发育树，本研究采集了该类群种主要高等分类单元的代表，利用全基因组测序和数据库搜索的方法获得了基因组数据，使用 BUSCO v3.0.2 从这些基因组数据中提取通用单拷贝直系同源物 (USCOs) 、氨基酸标记和超保守元件 (UCEs)信息，并利用不同矩阵和推理模型进行分析，比较不同数据集组合和建模方案的性能，最终发现USCO氨基酸矩阵和复杂位点异质模型(CAT+GTR和LG+PMSF (C60))的分析方法最可靠。这一结果支持了鳞跳总科为长角跳目的早期分支，长角跳总科（Entomobryoidea）和等节跳总科（Isotomoidea）为姊妹群；在鳞跳总科内部，鳞跳科（Tomoceridae）为单系群，而异齿跳科（Oncopoduridae）为并系群，其中Harlomillsia属与鳞跳科关系更近，据此建立新科Harlomillsiidae fam. nov.。

使用复杂位点异构贝叶斯GTR +CAT 模型，利用USCO矩阵推断昆虫的系统发育（图片引自文献[1])

为了估计长体跳虫各类群的分歧时间，研究人员综合MCMCTree的分析结果，发现长角跳总科和鳞跳科起源时间在石炭纪至二叠纪。Harlomillsia与鳞跳科、节跳总科与长角跳总科的差异发生时间在二叠纪至三叠纪。鳞跳科和节跳总科起源时间在三叠纪至侏罗纪；鳞跳科、长角跳总科、异齿跳科的起源以及长角跳总科和爪跳科（Paronellidae）的分支都发生在白垩纪。长体跳尾虫的最新共同祖先(MRCA)体长约3.03 mm，着色良好，有双肌毛，有一对功能正常的眼睛。鳞跳科大部分特征状态与MRCA一致，而异齿跳科和Harlomillsia的特征为体长、色素沉积和眼数的都减少。

利用MCMCTree对长角跳总科分化时间进行估计（图片引自文献[1])

该研究提出的系统发育树支持了鳞跳科作为长角跳总科早期分支的观点，并澄清了异齿跳科和Harlomillsia之间的关系，该研究作为一个将系统发育学应用于主要的土壤无脊椎动物谱系研究的重要范例，可以用来比较一般的进化模式和多种谱系特异性模式在阐明土壤生物多样性形成中的优势。

参考文献

1. Yu Daoyuan, Ding Yinhuan, Tihelka Erik et al. Phylogenomics of Elongate-Bodied Springtails Reveals Independent Transitions from Aboveground to Belowground Habitats in Deep-Time[J]. Syst Biol, 2022.