纤毛虫作为地球上最丰富多样的单细胞真核生物类群之一，在微生物食物网中发挥着关键作用，同时也是细胞生物学、生态学等多个领域的经典模式生物。然而，受限于可用的分子标记有限和分类学样本覆盖不全，其内部的系统发育关系长期存在争议，阻碍了学界深入理解这一古老谱系如何演化出如此惊人的多样性。为解答这一问题，中国海洋大学宋微波院士领衔的原生动物学研究团队历经三十余年的持续探索，系统开展了海洋纤毛虫的物种多样性、形态分类及系统发育研究，积累了丰富的分类学与分子数据，为揭示纤毛虫的多样性形成机制及系统演化历史提供了坚实的基础。
近日，Science China Life Sciences（《中国科学：生命科学》英文版）在线发表中国海洋大学海洋生物多样性与进化研究所原生动物学团队和美国Laura Katz教授实验室合作题为“Comprehensive phylogenomic analyses of ciliated protists with a revised classification of the phylum Ciliophora (Eukaryota, Alveolata)”（纤毛虫的系统发育基因组综合分析及纤毛门的分类修订）的研究论文。
该研究通过分析190个物种（涵盖几乎所有已知纲）的基因组/转录组数据，重构了纤毛虫的演化历史，解决了长期存在的分类学争议，提出了最新的纤毛门分类系统，并将其起源时间定位于约10.5亿年前的中元古代。研究结果为理解这些重要的单细胞真核生物的多样化与生态适应提供了坚实的框架。
该研究对涵盖10个纲的52个纤毛虫物种进行了基因组及转录组测序。通过整合这批新测数据与现有公共数据集，研究人员构建了一个包含190个物种的高覆盖度分类单元矩阵，该矩阵涵盖了纤毛虫门17个公认纲中的16个，以及49个目（占已知目的80%）。值得注意的是，其中74个物种属首次进行系统发育基因组学分析。基于此数据集，团队采用先进的计算流程，成功构建了一棵拓扑结构稳健、分辨率高的纤毛虫的“生命之树”。
该研究为纤毛门确立了一个新的系统框架，明确了三大主要谱系：独立的中缢纲、包含异毛纲和核残纲的后纤丝亚门、以及包含两大支系（SLAOMP与CONthreeP）及原克鲁纲的内核亚门。该框架解决了关于如中缢虫、厌氧纤毛虫等类群的长期争议。
基于可靠的系统基因组树，研究估算纤毛门起源于约10.52亿年前（中元古代早期）。大部分现存纲的分化发生在5亿至7亿年前，表明其主要谱系辐射远早于“寒武纪生命大爆发”。研究提供了详细的分化时间线，将关键的分化事件（例如后纤丝亚门约在7.3亿年前，SLAOMP支系约在8.74亿年前）与地球历史上重大的环境变迁（如全球冰期、早期后生动物出现）联系起来。
图1. 基于224个分类单元和718个基因的数据矩阵对纤毛门分化时间的估算
为方便后续研究，作者整理了一套包含200个核心基因家族及其对应多序列比对的资源，并已在公共数据库中开放获取。该数据集为开展纤毛虫及相关真核生物的系统发育基因组学和比较基因组学研究，提供了标准化的分析工具与高质量的数据基础。
这项研究为深入探索真核生物早期演化与适应辐射过程提供了重要参考。该稳健的系统发育框架不仅支持对纤毛虫关键演化创新的精确溯源，也为提升生态学阐释和环境DNA研究的准确性提供了可靠参照。尽管该研究已建立起一个坚实的框架，但作者同时指出，未来仍需加强对生境特异性和稀有类群的系统取样，从而更全面地揭示纤毛虫的演化历史。
图2. 基于形态学与分子数据提出的纤毛门系统演化假设
课题组博士毕业生王玉蕊（现就职于陕西师范大学）及原生动物学团队阎莹教授为论文的共同第一作者，高凤教授和Laura Katz教授为论文的共同通讯作者，原生动物学团队的多名毕业生和在读生、英国自然历史博物馆的Alan Warren研究员、Katz教授团队的博士后Shahed U.A. Shazib、山东大学的李远宁教授也对该文做出了重要贡献。该工作得到国家自然科学基金、山东省泰山学者青年专家计划、崂山实验室科技创新项目等资助。
原文链接：https://doi.org/10.1007/s11427-025-3160-x
