蝎是演化史达四亿多年的“活化石”类群,隶属于节肢动物门螯肢亚门蛛形纲蝎目。蝎是著名的有毒动物,对人类健康有很大危害。同时,蝎在中国民族医药中是名贵药材,主治多种疾病。蝎毒中蕴藏多种类型的生物活性多肽物质,是药物资源宝库。蝎还在食物链中扮演重要角色：它们捕食多种害虫,是生态平衡的保护者。世界上已报道蝎目15科197属2069种,分布于除了南极洲以外的各大陆,且在热带和亚热带最丰富。早期中国蝎目物种均为国外学者鉴定和命名。近年来,国内学者开展了中国蝎目的分类鉴定工作。然而,长期以来,由于没有系统地进行中国蝎目物种资源调查和分类区系研究,缺乏蝎目物种的生境、分布和分类的基础数据。同时,蝎作为代表性的蛛形纲动物,有其独特的生物学特征,但对其遗传基础的研究处于空白。因此,对中国蝎目物种分类、分布和区系进行研究,解析蝎目物种的全基因组序列和阐明蝎生物学的遗传基础不仅帮助解读代表性蛛形纲动物的特征和进化,而且有利于蝎活性多肽药物资源的挖掘。首先,本研究在对我国蝎目物种进行分布调查和标本采集的基础上,鉴定了中国蝎目物种标本,进而修订了中国蝎目名录和检索表。依据现代分类学标准,对本实验室多年考察采集的蝎标本进行了分类学鉴定,发现和描述了中国蝎目3新种(壮真蝎、普洱真蝎和京山琵蝎)和1新记录种(库氏真蝎)；并补充了斑等蝎、细尖狼蝎、三脊豚蝎、施甸真蝎、徐氏真蝎、西藏琵蝎、詹氏琵蝎和澳链尾蝎等物种的特征图和特征数据表。对中国蝎目物种最丰富的类群进行了总结：正钳蝎属(9种和亚种)、豚蝎属(8种)、真蝎属(11种)和琵蝎属(12种)。通过对我国蝎目丰富地区的科学考察和标本鉴定并结合整理文献,编写了中国蝎目5科12属54种(和亚种)的名录和检索表。这些研究提供了中国蝎目系统分类的基础资料。其次,本研究调查总结了我国蝎目物种分布情况,分析了中国蝎目科级、属级和种级阶元的动物区系。通过实地调查和野外采集并结合文献,发现西藏、云南、海南和新疆为我国蝎目物种丰富地区,对西藏、云南、海南和中国北方地区的蝎目物种多样性进行了总结。同时发现中国蝎目物种多样性属“东少西多、北少南多”的分布特点。调查结果显示中国野生蝎目种群衰退严重,其主要原因为化肥农药过度使用、大肆捕杀和环境的严重破坏。依据动物地理区划,系统分析了中国蝎目科级、属级和种级阶元的动物区系,发现我国蝎目5科中,除豚蝎科只分布于东洋界外,其余4科均跨界分布,其中钳蝎科跨五界分布；我国蝎目的12属主要为东洋界(分布10属)和古北界(9属)成分(7属为两界共有),除了异蝎属(东洋界)、豚蝎属(东洋界)、藏蝎属(古北界)和拉兹蝎属(古北界)4属外其余各属均跨界分布；我国蝎目物种只有少数为跨界分布(6种),主要为东洋界(西南区16种,华南区13种)和古北界(蒙新区9种,青藏区15种)成分。在我国蝎目5科12属54种(和亚种)中1属(藏蝎属)和34种为中国特有。因此,我国蝎目区系特点是科属多跨界广布,种多局域分布。另外,本研究通过考察采集了河南伏牛山的野生马氏正钳蝎标本,开展了马氏正钳蝎的全基因组测序及其基本特征研究。以家鸡(雌性)血红细胞作为内标,通过荧光染料PI(碘化丙啶)染色流式细胞术方法预测马氏正钳蝎基因组大小为1323.73±39.12Mb。同时提取了马氏正钳蝎雄性个体的DNA和RNA以及雌雄尾节的总RNA,与上海生物信息技术研究中心合作对马氏正钳蝎的基因组和转录组进行测序、拼接和注释,结果显示马氏正钳蝎基因组大小为1128.5Mb,其scaffold N50和contig N50分别为223.6Kb和43.1Kb。综合运用生物信息学技术,并结合马氏正钳蝎单个标本的整体转录组(5.53Gb)和雌雄混合尾节转录组(4.52Gb)数据,预测马氏正钳蝎基因组中有32,016个蛋白编码基因。其中GC含量在编码区中为42.7%,而在全基因组中为29.6%。马氏正钳蝎的基因平均大小6.7Kb,平均每个基因外显子数量为3.9。与蛛形纲已测序动物叶螨(蜱螨目)比较,马氏正钳蝎基因总数显著增加但基因密度明显降低。这些结果丰富和扩大了蛛形动物基因组研究。在马氏正钳蝎的基因组和尾节转录组数据的基础上,鉴定了蝎尾节表达的光信号传导通路基因,揭示了蝎尾感光的分子基础。将果蝇视觉感光信号通路相关的25基因(18类)在马氏正钳蝎基因组(v1.0)和蝎尾节转录组进行相似性搜索,并在NCBI中进行手动验证,结果发现蝎尾节表达20个(17类)光信号传导通路基因的同源基因,qPCR结果确认所有验证的基因全部在尾节得到表达,表明蝎尾节有完整的光信号传导通路。转录组数据与实时定量PCR结果表明蝎眼睛在视觉形成中利用3种视蛋白(Mmopsin1、 Mmopsin2和Mmopsin3),而蝎尾节仅利用Mmopsin3进行光信号接收工作。系统发育分析显示Mmopsin3和古老物种水螅视蛋白聚在一起,而Mmopsin1和Mmopsin2与昆虫和脊椎动物眼睛的视蛋白聚在一起,提示Mmopsin3代表视蛋白的一个古老成员并在眼睛演化形成前被广泛应用于原始的非视觉感光系统。光偏好分析显示Mmopsin3与短波(紫外到蓝光)偏好视蛋白聚在一起,而Mmopsin1和Mmopsin2均与长波偏好视蛋白聚在一起。Mmopsin3的光谱敏感性与此前蝎在不同波长光下的行为反应结果一致。推测蝎尾的非视觉光信号传导功能可能在蝎的夜行性、躲避和“坐等式”狩猎行为中发挥重要作用。我们首次在动物中揭示了非视觉光敏感的分子机制。最后,基于马氏正钳蝎的全基因组数据,发现鉴定了马氏正钳蝎的同源框基因家族基因谱,比较了动物同源框基因家族的异同点,揭示了蝎同源框基因家族的独特分子特征。采用BLASTP方法对马氏正钳蝎基因组进行搜索,所有预测的同源框基因于在线数据库SMART database中鉴定同源框基因结构域和进行于动验证,共鉴定马氏正钳蝎同源框基因8类81家族149个基因：67个基因属于ANTP类,33个基因属于PRD类,11个基因属于LIM类,5个基因属于POU类,6个基因属于SINE类,14个基因属于TLAE类,5个基因属于CUT类,2个基因属于ZF类,另外6个基因尚不能归类,推测可能是蝎特异的基因类群。总体上,马氏正钳蝎的8类同源框基因与颚肢亚门节肢动物的情况相似。然后通过本地TBLASTN为其搜索马氏正钳蝎转录组数据中对应149个预测的同源框基因的cDNA/ESTs序列,结果发现马氏正钳蝎149个同源框基因在其转录组中找到表达证据的有121个,推测可能超过80%的同源框基因预测成员(121/149)在蝎成年时仍然表达。基于马氏正钳蝎基因组拼接结果,分析了Hox clusters成员在scaffold上的位置,结果发现马氏正钳蝎与其它节肢动物和脊椎动物具有相同的10个Hoxcluster成员基因,但10个Hox cluster成员中每个基因均有两个拷贝,每对Hoxcluster拷贝基因高度同源且均不是串联一起。加上Contig352199有5个Hox cluster成员基因串联排列：Pb2(MMa55590), Zen2(MMa55591), Lab(MMa55584), Dfd2(MMa55595),Scr2(MMa55596)和(?)tz2(MMa55597)。这些结果提示马氏正钳蝎的Hox cluster成员基因并非单基因的复制而更可能是整个Hox cluster的复制,因此推测马氏正钳蝎具有2个完整的Hox cluster。马氏正钳蝎2个Hox cluster的模式可能代表了螯肢动物中特异的扩增现象,这是在节肢动物门中发现的单个Hox cluster和单个基因复制以外的新模式。