濒危植物峨眉凤仙花叶绿体基因组分析

【目的】对峨眉凤仙花（Impatiens omeiana Hook.f.）叶绿体基因组的结构特征及系统发育进行研究，为其资源保护及开发利用提供理论依据。【方法】基于峨眉凤仙花叶绿体基因组序列，利用生物信息学软件，对叶绿体基因组进行组装、注释、基因特征、序列重复和系统发育分析。【结果】峨眉凤仙花完整的叶绿体基因组长度为152 527bp，共有130个基因，包括86个蛋白质编码基因、8个rRNA基因和36个tRNA基因，GC含量为37%，且具有保守的四分体结构，包括大单拷贝区、小单拷贝区各1个和2个相同的反向重复区域，其长度分别为83 150、17 903、25 737 bp，其中13个基因有1个内含子，2个基因有2个内含子。特征分析表明：峨眉凤仙花叶绿体全基因组中共检测到76个SSR序列，且多以A/T单核苷酸序列为主，其长度为10～91 bp；检测到50 842个密码子，其中以亮氨酸（Leu）最多，色氨酸（Tyr）最少；密码子偏好性分析显示33个RSCU≥1的密码子多数以A/U结尾。通过邻接法（NJ）构建系统发育树发现，峨眉凤仙花与贵州凤仙花亲缘关系最近，均属于棒凤仙花亚属植物。【结论】...     

基于高通量测序组装‘赤霞珠’叶绿体基因组及其特征分析

【目的】以欧亚种葡萄‘赤霞珠’(Cabernet Sauvignon)为试材,建立适于葡萄属(Vitis)植物完整叶绿体基因组组装及其特征分析的方法,为研究葡萄属植物的进化和系统发育提供方法指导。【方法】采用Illumina Hi Seq PE150双末端测序策略对其全基因组DNA建库测序,建库类型为350 bp DNA小片段文库,测序深度为10倍。以已发表的拟南芥(Arabidopsis thaliana)和欧亚种葡萄‘黑比诺’(Pinot Noir)的叶绿体基因组序列为参考,通过BLASTN比对提取葡萄叶绿体基因组序列,并用SOAPdenovo软件进行组装,得到‘赤霞珠’完整的叶绿体基因组并对其进行特征分析。【结果】基于高通量Illumina测序,共获得5.2 G的全基因组原始数据,其中,葡萄叶绿体基因组序列为0.42 G,约占全基因组序列的8%。用抽提出来的葡萄叶绿体基因组序列成功组装出‘赤霞珠’完整叶绿体基因组。特征分析表明,叶绿体基因组序列全长160 676 bp,包括大单拷贝区(large single copy,LSC)、小单拷贝区(small single copy,SSC)和2个反向重复序列(inverted repeat,IRA和IRB),长度分别为89 134、19 072和26 235 bp,具有典型被子植物叶绿体基因组环状四分体结构;共注释得到154个基因,包括99个蛋白编码基因、47个t RNA基因和8个r RNA基因;其叶绿体基因组的GC含量为37.43%;共检测到37个串联重复序列(tandem repeat sequence)和53个散在重复序列(dispersed repeats),其中,绝大部分串联重复序列的长度为11—42 bp,占叶绿体基因组序列的0.83%,而散在重复序列占叶绿体基因组序列的5.33%;此外,还检测到50个简单重复序列(simple sequence repeats,SSR)位点,大部分的SSRs均由A或T组成,同时SSRs在‘赤霞珠’叶绿体基因组上的分布是不均匀的,LSC区段含有39个SSRs,而SSC区段和IR区段分别仅有7个和4个SSRs;与蛋白编码基因对应的密码子偏好使用A/T碱基,并且编码亮氨酸(L)的密码子使用频率最高,而编码半胱氨酸(C)的密码子使用频率最低;系统发育分析表明‘赤霞珠’与‘黑比诺’、夏葡萄(Vitis aestivalis)、圆叶葡萄(Vitis rotundifolia)亲缘关系最近。【结论】基于全基因组高通量测序的方法,成功组装出‘赤霞珠’完整的叶绿体基因组,与传统获得叶绿体基因组的方法相比,此方法不需要分离叶绿体和提取cpDNA,缩短了试验时间、降低了劳动强度,并且极大地提高了试验的可行性。‘赤霞珠’叶绿体基因组的基因结构、基因顺序、GC含量和密码子偏好性均与典型的被子植物叶绿体基因组类似。     

黄丹木姜子叶绿体基因组特征分析

【目的】分析黄丹木姜子（Litsea elongata）叶绿体基因组特征,为木姜子属物种鉴定、遗传多样性分析和资源保护提供理论参考。【方法】基于Illumina HiSeq 2000高通量测序平台对黄丹木姜子叶绿体基因组进行测序,利用GeSeq在线工具对叶绿体基因组进行注释,并利用REPuter、MISA、CodonW和IQ-TREE等生物信息学软件对其基因组结构、基因数目、序列重复、密码子使用偏性和系统发育进行分析。【结果】黄丹木姜子叶绿体基因组全长为154028 bp,具有典型的四分结构,编码126个基因,其中蛋白编码基因82个,rRNA基因 8个,tRNA基因 36个。叶绿体基因组的注释基因中,有9个基因含1个内含子,有3个基因含有2个内含子,其余基因均不含内含子;44个基因编码蛋白参与光合作用信号途径,21个基因编码蛋白构成了核糖体大小亚基。黄丹木姜子叶绿体基因组含有32对长序列重复和90个SSR位点,其中,正向重复和回文重复最多,均为12对,反向重复和互补重复分别为6和2对;95.56%的SSR位点位于单拷贝区［大单拷贝区（LSC）和小单拷贝区（SSC）］,仅4.44%的SSR位点位于反向重复区（IR）。黄丹木姜子叶绿体蛋白编码基因GC含量为39.14%,GC3s为27.95%,平均有效密码子数（ENC）为49.04,说明其密码子偏性弱;相对同义密码子使用度（RSCU）大于1.00的密码子31个,其中13个以A结尾,16个以U（T）结尾。系统发育进化树分析结果显示,木姜子属的14个物种聚为两组,其中黄丹木姜子和10种木姜子属植物聚在一个组,与日本木姜子的亲缘关系最近。【结论】黄丹木姜子叶绿体基因组结构保守,偏好A或U（T）结尾的密码子,鉴定的SSR位点可用于物种鉴定和群体遗传学研究。     

肖蒲桃叶绿体基因组结构特征及系统发育关系

【目的】肖蒲桃(Syzygium acuminatissimum)是我国南方高价值的硬木树种之一,适宜作为行道树或园景树。研究揭示肖蒲桃叶绿体基因组的结构特征及系统发育关系,对蒲桃属甚至桃金娘科的分类学研究具有重要意义。【方法】使用CTAB法提取肖蒲桃叶片基因组DNA。利用Illumina HiSeq X TEN平台进行高通量测序,在SPAdes v3.13.0上组装叶绿体基因组,并通过GeSeq注释肖蒲桃的完整叶绿体基因组。分析了肖蒲桃叶绿体基因组的结构特征、序列特征及系统发育关系。【结果】肖蒲桃完整的叶绿体基因组长度为159 352 bp,共有109个基因,包括78个蛋白质编码基因、27个tRNA基因和4个r RNA基因,其中17个基因具有内含子;检测到21 379个密码子,其中丝氨酸密码子最丰富、蛋氨酸密码子最匮乏;检测到47个RNA可编辑位点,其中ndhB基因最多(10个);检测到48个长片段重复序列,其中18个正向重复、6个反向重复、22个回文重复和2个互补重复;检测到230个简单重复序列,其中绝大多数为单核苷酸(205个)。基因组比较分析结果表明,4个蒲桃属植物的IR边界有较小差异,核苷酸多样性高于0.015的区间有7个。系统发育分析结果表明,肖蒲桃与丁香蒲桃(S. aromaticum)关系密切。【结论】研究结果有助于开展后续的蒲桃属系统发育研究和物种鉴定工作。     

无刺龙舌兰叶绿体基因组特征及密码子偏好性分析

【目的】分析无刺龙舌兰叶绿体基因组特征及密码子偏好性,为无刺龙舌兰叶绿体相关基因的表达、修饰和物种进化研究提供参考。【方法】对无刺龙舌兰的叶绿体基因组进行测序、组装和注释,分析密码子偏好性及其影响因素,并通过建立高、低基因表达库,筛选出最优密码子。基于20个已发表的龙舌兰科植物叶绿体基因组数据构建系统发育进化树。【结果】无刺龙舌兰叶绿体基因组总长157579 bp,大单拷贝区(LSC)、小单拷贝区(SSC)和2个反向重复区(IRa和IRb)的长度分别为85940、18279和26680 bp,GC含量为37.8%,包括135个基因(85个蛋白编码基因、38个tRNA基因、8个rRNA基因及4个未知功能的基因),从中筛选出51个长度大于300 bp的基因编码区(CDS)序列,其有效密码子数(ENC)均大于41.0。GC1、GC2、GC3和GC3s含量分别为46.75%、39.61%、29.19%和26.06%,说明密码子第3位多以A/T结尾。GCall与GC1、GC2和GC3均呈极显著相关(P<0.01,下同),但GC3与GC1和GC2均无显著相关性(P>0.05,下同),表明密码子第1、2位的碱基组成相似,但与第3位的相似度不高。选择和突变是导致叶绿体基因组密码子偏好性的主要因素。筛选出14个多以A/U结尾的最优密码子。无刺龙舌兰与克雷塔罗丝兰和西地格丝兰为姊妹关系,自荐值为100%。【结论】无刺龙舌兰叶绿体基因组为保守的四分体结构,叶绿体基因组密码子偏好性较弱,主要受选择和突变等多因素影响。基于植物叶绿体基因组构建系统发育进化树在物种的分类鉴定及确定各物种间系统发育关系的研究中是一种准确、可靠的方法。     

异质生境下大旗瓣凤仙花种群特征与生长状况

【目的】了解大旗瓣凤仙花野生种群生长状况和花部特征,以及异质生境对其种群特征和生长的影响,为大旗瓣凤仙花野生资源生长状况评价及保护提供理论参考。【方法】在桂林市阳朔县选择18个大旗瓣凤仙花野生种群作为调查对象,详细调查记录其种群规模、生境基本参数,株高、冠幅、分枝数等植株性状,以及花色、花大小、花量等开花性状,共14个量化指标,结合种群土壤养分含量及不同种群的生境类型和干扰情况,分析异质生境下大旗瓣凤仙花种群生长状况。【结果】 18个大旗瓣凤仙花种群规模表现出很大差异,种群数量为20~10000株以上、面积3~10000 m2以上,生境中郁闭度和土层深度也各不相同;不同种群植株高度、冠幅和分枝数差异明显,最大值分别为最小值的3.23、3.13和7.50倍;就开花特征而言,花量差异可达10倍以上,花朵长、花朵宽 （旗瓣宽）、花纵深和翼瓣宽等均在少数种群间表现出显著差异,最大值比最小值分别高出43.67%、 27.73%、 26.62%和25.96%;不同种群土壤养分含量差异较大,主要归因于人类活动。聚类分析显示18个种群中11个综合生长状况良好,以种群11最佳, 7个种群生长状况较差,以种群17最差,较好、较差种群在生境类型的优劣上体现出对应关系。人为干扰对于大旗瓣凤仙花种群生长具有影响,但未发现明显规律性。【结论】异质生境下大旗瓣凤仙花不同种群间株高、冠幅、分枝数和开花数量差异较大,上述4个指标是影响种群延续性的重要参数;大旗瓣凤仙花对土壤要求不高,土壤不是影响大旗瓣凤仙花种群生长差异的首要因素;种群11整体表现最好,可作为优异种质资源进一步开发利用。     

‘怀玉山’高山马铃薯叶绿体基因组特征及密码子使用偏好性分析

【目的】分析‘怀玉山’高山马铃薯Solanum tuberosum var. cormosus ‘Huaiyushan’叶绿体基因组特征及密码子使用偏好性,为开展‘怀玉山’高山马铃薯叶绿体基因组密码子优化、叶绿体基因组改造,探索物种进化和增加外源基因表达等研究提供参考依据和理论基础。【方法】采用高通量测序技术对‘怀玉山’高山马铃薯叶绿体基因组进行测序,并利用生物信息学分析软件对组装和注释后的叶绿体基因组进行结构、基因组成及密码子偏好性分析。【结果】‘怀玉山’高山马铃薯叶绿体基因组大小为155 296 bp,为经典的4段式结构。大单拷贝区(LSC)、小单拷贝区(SSC)和反向重复区(IR)长度分别为85 737、18 373、25 593 bp,总鸟嘌呤和胞嘧啶所占的比例(GC比例)为37.88%,共注释出133个基因,包含87个编码区(CDS)基因、37个tRNA基因、8个rRNA基因和1个假基因。‘怀玉山’高山马铃薯叶绿体基因组中共检测到38个简单重复序列位点(SSR位点,36个单碱基重复和2个双碱基重复)和32个长重复序列(16个正向重复和16个回文重复)。‘怀玉山’高山马铃薯叶绿...     

苹果砧木‘SH6’叶绿体基因组序列特征和比较分析

【目的】为了解析苹果矮化中间砧‘SH6’叶绿体基因组特征及其进化关系。【方法】以苹果矮化中间砧‘SH6’为试材,通过HIFI测序,利用Organelle＿PBA软件进行叶绿体基因组从头组装,分析其叶绿体基因组特征。【结果】结果表明,‘SH6’叶绿体基因组大小为160 069 bp,具有典型的四分结构,包括大单拷贝区域、小单拷贝区域和两个反向重复区域,长度分别为88 184 bp、19 181 bp、26 352 bp和26 352 bp。在‘SH6’叶绿体基因组中,分别注释了蛋白质编码基因、tRNA和rRNA,其数量分别为86、36和8。此外,整合已发表的‘国光’、河南海棠、2个野生苹果和桃(Prunus persica)的叶绿体基因组数据来构建系统发育树,发现苹果中间砧‘SH6’与欧洲森林苹果聚在一枝上。【结论】推测苹果矮化中间砧品种‘SH6’与欧洲森林苹果关系较为密切。     

路边青叶绿体基因组特征与系统进化分析

【目的】确定药用植物路边青(Geum aleppicum Jacq.)叶绿体基因组结构、特征及基因组成情况,比较其与近缘种的叶绿体基因组结构和系统发育的关系。【方法】以路边青为材料,利用高通量技术测定基因组DNA序列,用NOVO Plasty组装叶绿体基因组,并进行序列分析,采用最大似然法(maximum likelihood ML)构建系统进化树。【结果】(1)路边青叶绿体基因组为典型的4分区域结构,全长为155 911 bp, GC值为35.6%,包括1个大单拷贝区(LSC)、1对反向重复区(IR)和1个短单拷贝区(SSC),序列长度分别为85 384、26 119、18 298 bp。路边青的叶绿体基因组共有132个基因,其中编码蛋白基因、rRNA基因与tRNA基因的数量分别为87、8、37个;(2)根据NCBI公开发布的24个蔷薇亚科植物的叶绿体全基因组信息,筛选出蔷薇亚科植物叶绿体基因组的14个变异位点较高的叶绿体基因间隔区;(3)系统进化分析表明,路边青与同属的Geum macrophyllum Willd.和Geum rupestre(T.T.Yu&C.L.Li)...     

两型豆属叶绿体基因组特征及密码子偏好性分析

为明确锈毛两型豆的叶绿体基因组结构和两型豆属叶绿体基因组密码子使用偏性及影响因素,以亚热带中、南部地区具有广阔开发利用前景的豆科草种—锈毛两型豆(Amphicarpaea ferruginea)为试验材料,利用高通量测序技术对锈毛两型豆进行叶绿体基因组测序、组装和注释,对其叶绿体基因组结构、基因组成进行分析。同时利用CodonW 1.4.2软件和CUSP在线程序等软件分析锈毛两型豆和两型豆的基因密码子使用偏性参数和核苷酸组成。结果显示：锈毛两型豆叶绿体基因组全长为152 531 bp,包含83 364 bp的大单拷贝(LSC)区、17 935 bp的小单拷贝(SSC)区和25 616 bp的1对反向重复序列,为典型四分体结构,GC含量为35.44%;叶绿体基因组共编码130个基因,包括85个蛋白质编码基因、37个tRNA基因和8个rRNA基因;叶绿体基因组共检测出73个简单重复序列(SSRs),单、二、三、四、五和六核苷酸SSRs的数目分别为41、28、3、1、0和0。从锈毛两型豆和两型豆叶绿体基因组中筛选到适用于密码子使用偏好性分析的CDS基因共48条,两种植物叶绿体基因组具有相似的...     

灵芝属真菌线粒体基因组特征及进化

【目的】分析灵芝属（Ganoderma）真菌的线粒体基因组特征及进化,为灵芝属物种分类、分子进化和系统发育分析提供理论依据。【方法】基于灵芝属真菌15个线粒体基因组序列,利用MEGA X、MISA、mVISTA、MAFFT、DnaSP、PAML X和IQ-TREE等生物信息学软件对基因组特征、序列多态性、简单重复序列（SSR）、基因进化和系统发育进行分析。【结果】灵芝属真菌线粒体基因组全长为50603~124588 bp,GC含量为25.4%~27.3%,含有15个保守的蛋白编码基因（PCG）、2个rRNA基因和25~29个tRNA基因。SSR主要由AT构成,单核苷酸重复类型比例最高,其次为三核苷酸重复和四核苷酸重复。种间线粒体基因组序列差异较大,非编码区的变异水平高于编码区,nad6、nad3和cob基因编码序列的变异度较高,内含子长度与线粒体基因组大小呈显著正相关。15个保守的线粒体蛋白编码基因主要受纯化选择影响,其中cob、cox1和nad2基因含有正选择位点。基因编码偏好A/T含量高的密码子,27个高频密码子中,13个以A结尾,14个以T结尾。系统发育分析结果显示,灵芝属真菌主要分为2个聚类组,其中紫芝、狭长孢灵芝和G.wiiroense聚为一组;喜热灵芝、白肉灵芝和铁杉灵芝聚成一支,与树舌灵芝、梅氏灵芝、四川灵芝和亮盖灵芝构成姊妹类群,共同构成另一组。【结论】灵芝属真菌的线粒体基因组在进化过程中发生明显的遗传变异,基因组长度主要与内含子插入和删除有关,蛋白编码基因密码子使用偏性强。     

赖草属林下组植物GBSSI基因序列的系统发育与分子进化

【目的】探讨赖草属林下组植物的种间系统关系与GBSSI基因的分子进化式样。【方法】对赖草属林下组3个类群的GBSSI基因序列进行多克隆测序,并将其与来自小麦族8个代表Ns,St,P,F,Ee和Eb基因组的二倍体植物的GBSSI序列进行序列与系统比较分析。【结果】基因序列多态性与系统发育分析表明:①L.duthiei和L.duthiei var.longearistatus亲缘关系密切;②不同Ns基因组供体参与多倍化物种形成可能导致L.komarovii与L.duthiei和L.duthiei var.longearistatus发生遗传分化;③赖草属林下组植物的GBSSI基因序列在Ns基因组拷贝上的多态性水平低于新麦草属植物Ns基因组序列多态性。【结论】支持L.duthiei和L.duthiei var.longearistatus互为种与变种的分类等级。复制基因GBSSI在多倍体中多态性水平不平等。     

乳苣叶绿体基因组特征及其系统发育分析

乳苣（Mulgedium tataricum）为菊科（Compositae）乳苣属（Mulgedium）植物,该物种含有天然黄酮类化合物,具有清热解毒、抗肿瘤、抗氧化等作用。叶绿体基因组中含有大量功能基因,在物种鉴定及系统发育中具有重要作用。采用高通量测序技术获得乳苣全长叶绿体基因组序列,并与NCBI已公布的32个菊科物种及拟南芥（Arabidopsis thaliana）的叶绿体基因组进行了系统发育分析。结果显示,乳苣叶绿体基因组大小为152 401 bp,呈现出典型的环状四分体结构,其包含有一对反向重复序列区（IRa和IRb）、大单拷贝区（LSC）和小单拷贝区（SSC）,它们的长度分别为25 010、83 833和18 548 bp。共注释得到132个基因,其中包含8个rRNA基因、37个tRNA基因和87个mRNA基因;SSR位点分析发现,基因组序列中含有21个散在重复序列和197个串联重复序列。边界分析表明,乳苣与其他5个菊苣族物种在边界基因上存在一定差异,且6个菊苣族物种在IR/SC区出现明显扩张和收缩。系统进化分析将菊科14个属的33个物种被聚为两个分支：第一分支包括乳苣属（Mulgedium）、莴苣属(Lactuca)、蒲公英属(Taraxacum)、苦苣菜属(Sonchus)、香青属(Anaphalis)、火绒草属(Leontopodium)、茼蒿属(Chrysanthemum)、蒿属(Artemisia)、紫菀属(Aster)和向日葵属(Helianthus),其中乳苣属和莴苣属的亲缘关系最近;第二分支包括蓟属（Cirsium）、红花属（Carthamus）、风毛菊属（Saussurea）和苍术属（Atractylodes）。研究结果为乳苣属植物的物种鉴定、系统进化及资源开发利用等奠定新的证据和材料基础。     

蒿属植物叶绿体基因组特征及进化

蒿属植物具有重要的药用和经济价值,开展蒿属物种叶绿体基因组研究,为我国蒿属植物的分类鉴定和资源利用提供借鉴。基于29个蒿属物种叶绿体基因组序列,采用REPuter、MISA、DNASP和IQ-TREE等生物信息学软件,比较叶绿体基因组特征、序列重复和结构变异,并对蒿属物种系统发育进行分析。结果表明,蒿属叶绿体基因组均由大单拷贝(LSC)区、小单拷贝(SSC)区和1对反向重复(IRs)区构成,基因组序列长度150 858～151 318 bp, GC含量相近。所有蒿属叶绿体基因组均注释到114个unique基因,包含80个蛋白编码基因、30个tRNA基因和4个rRNA基因。蒿属叶绿体基因组长重复序列主要由正向重复和回文重复构成,长度30～49 bp。简单重复序列(SSR)主要由A/T碱基构成,其中单碱基重复最多,其次为四碱基重复。RSCU(相对同义密码子使用度)值大于1的30个高频密码子中,13个以A结尾,16个以T结尾。蒿属植物叶绿体基因组结构高度相似,未检测到基因重排或倒置事件。检测到11个核苷酸变异值P_i>0.007的高变区,其中8个位于LSC区,3个位...     

老班瑶药牛耳风叶绿体基因组特征及其密码子使用偏好性分析

为探究老班瑶药牛耳风叶绿体基因组的结构特征、系统进化以及密码子偏好性,以瑶药牛耳风为研究材料,对其叶绿体基因组进行测序和组装。结果表明,牛耳风叶绿体基因组由大单拷贝区、小单拷贝区以及1对反向重复区组成,全长189 920 bp,包含118个基因,其中99个编码蛋白质的基因,11个tRNA基因,8个核糖体rRNA基因;共检测到71个简单序列重复（simple sequence repeat, SSR）位点。系统进化分析表明牛耳风与番荔枝属的刺果番荔枝（Annona muricata）亲缘关系最近。密码子偏好性分析表明,牛耳风的密码子偏好性较弱,且密码子偏好性主要受选择因素的影响,最终选出11个最优密码子,其中10个以A/U结尾,为瑶药牛耳风的系统进化研究等提供科学依据。