长叶竹柏叶绿体基因组特征及系统发育分析

本研究以长叶竹柏叶片为材料,对其进行叶绿体基因组测序及构建系统发育树,分析长叶竹柏叶绿体基因组的结构特征。结果表明,长叶竹柏的叶绿体基因组结构(GenBank No.OL435123)缺乏反向重复(IR)区,叶绿体基因组大小为133 870 bp,总GC含量为37%,共注释基因数为119个,包括80个蛋白编码基因,35个tRNA基因和4个rRNA基因。叶绿体基因组注释显示,大多数的基因与光合作用及基因转录翻译相关,其中43个光合作用相关基因、64个自我复制基因、8个其他蛋白编码基因和4个未知功能基因。密码子偏好性分析表明,共检测出44 623个密码子,亮氨酸(Leu)是长叶竹柏叶绿体基组中占比最大的密码子,占10.54%,密码子偏向使用A/U两种碱基。长叶竹柏叶绿体基因组有49个SSRs,其中包含26个单核苷酸、22个二核苷酸和1个三核苷酸3种类型的SSRs。系统进化树显示,长叶竹柏(Nageia fleuryi,OL435123.1)与竹柏(Nageia nagi,AB830885.1和LC572146.1)聚在同一支,具有较近的亲缘关系。     

华山松叶绿体基因组特征分析

叶绿体基因组凭借稳定的结构、高度保守的序列在植物遗传结构、比较基因组学和系统发育进化等研究中发挥着重要作用。为明确南系华山松叶绿体基因组的大小、结构、基因组成及近缘种的关系和分类地位,本研究以南系华山松为研究对象,采用2×CTAB法提取南系华山松叶绿体基因组DNA,建立测序文库,进行浅层基因组测序、组装、SSR检测、序列对比、共线性分析以及系统发育树构建。结果表明,南系华山松叶绿体基因组全长116 879 bp,GC含量为38.16%。南系华山松叶绿体基因组共编码136个基因。其中,蛋白编码基因77个,tRNA基因55个,rRNA基因4个,具有2～5份拷贝的基因共有14个(均属于tRNA基因),具有1个内含子的基因共有12个。经叶绿体基因组序列比对发现,南系华山松与新疆五针松的相似性最高,达98.852%;与欧洲云杉的相似性最低,仅为57.588%。运用最大似然法基于GTR+F+R2模型构建系统发育树,可将20种松科植物分为4类,其中,南系华山松与北系华山松虽聚为一类,但两者之间的支持率处于较低水平,仅为55%。此外,南系华山松与北系华山松叶绿体基因组序列存在碱基替换和插入缺失,编码基因数量和种类存在异同,说明南北系华山松间叶绿体基因组存在明显差异。本研究可为南系华山松遗传结构和华山松群体遗传研究提供理论依据。     

萝卜叶绿体及线粒体基因组测序与组装

为从分子水平上探讨萝卜雄性不育机理及育性恢复关系,本研究对4个萝卜雄性不育系及1个雄性不育保持系材料进行了线粒体及叶绿体的基因组测序、组装。测序采用PE90策略,获得Cleandata 1.2 G。通过数据过滤、计算测序深度及Kmer频度分析,确定了组装的mer值及覆盖度参数。我们先用Cleandata组装叶绿体基因组,再用过滤的数据组装线粒体基因组,最后利用Sanger测序填补Gap得到各基因组全长。结果表明参试样品萝卜叶绿体基因组长度在153 352~153 445 bp之间,线粒体基因组长度在239 696~258 853 bp之间,均包括1个LSC,1个SSC及1对反向重复序列。基因注释结果表明叶绿体基因组编码了87个蛋白基因、20个t RNA基因及4个r RNA基因,线粒体基因组则编码了82个蛋白基因,17个t RNA基因及3个r RNA基因。     

粗毛淫羊藿叶绿体基因组及其结构分析

本研究通过Illumina HiSeq X-Ten高通量测序平台对粗毛淫羊藿的叶绿体基因组进行测序,并应用生物信息学分析工具对其结构特征进行比较分析。结果表明,粗毛淫羊藿叶绿体基因组大小为156 894 bp,具有被子植物典型的环状四分体结构,大单拷贝区(large single copy, LSC)长度为88 496 bp,小单拷贝区(small single copy, SSC)长度为16 685 bp, 2个反向重复区(inverted repeat sequence, IRa/IRb)长度为25 809 bp;粗毛淫羊藿叶绿体基因组有133个基因,其中包括85个蛋白编码基因、10个rRNA基因和38个tRNA基因,44个外显子,23个内含子。研究结果丰富了淫羊藿属物种的叶绿体基因组资料,可为淫羊藿属物种的分子标记开发、系统学研究与药材的混伪品鉴定提供参考。     

樟叶木防己叶绿体基因组特征分析

为探讨樟叶木防己(Cocculus laurifolius)叶绿体基因组特征及与同科属叶绿体基因组的系统发育关系。采用Illumina HiSeq 4000平台对樟叶木防己进行测序、组装和注释,并对其序列特征、密码子偏好性、重复序列、简单重复序列、系统发育进行分析。结果表明,樟叶木防己叶绿体基因组呈典型的四分体结构,总长度为157 961 bp,包括大单拷贝区长度为89 173 bp,小单拷贝区长度为20198bp,反向互补重复区长度为24295 bp;共有基因129个,其中蛋白质编码基因85个,tRNA基因36个和rRNA基因8个;密码子偏好性分析表明,亮氨酸(Leu)的密码子数量最多(4 920个),而半胱氨酸(Cys)的密码子数量最少(568个);从樟叶木防己叶绿体基因组中共检测出26个长重复序列及65个SSR位点;系统发育分析表明,樟叶木防己与粉防己(Stephania tetrandra)聚为一支,亲缘关系最密切。本研究为防己科和木防己属分子标记、物种鉴定、亲属关系解析、遗传多样性分析等研究提供科学依据。     

毛叶樟叶绿体全基因组序列特征与系统发育

毛叶樟为樟科樟属常绿阔叶芳香树种,为了解其叶绿体基因组结构及系统发育,本研究利用高通量测序技术,绘制了毛叶樟叶绿体基因组物理图谱,分析了基因组序列特征。毛叶樟叶绿体基因组全长为152 763 bp,GC含量为39.16%,具有一个大单拷贝区(large single-copy, LSC)、一个小单拷贝区(small single-copy,SSC)和两个反向重复区(inverted repeats, IRs),大小分别为93 684、18 931和20 074 bp,共注释得到125个基因,包括36个tRNA基因,8个rRNA基因和81个蛋白编码基因,密码子偏向使用A/T碱基。MISA分析共检测出122个SSRs位点,富含A-T重复。核酸多态性分析结果显示3种樟属植物间的变异度较小,5种樟科植物的变异度较大,其SSC区域为高变区(Pi>0.2),包括ycf1、ccsA、psaC、rpl32和一系列ndh基因的蛋白编码区。系统分析结果支持毛叶樟为樟组植物,与细毛樟、云南樟聚为一小枝,亲缘关系更近。本研究为毛叶樟保护工作提供重要的遗传背景信息,也为樟属植物的系统进化及分类鉴定研究提供...     

金丝李叶绿体基因组序列分析

金丝李(Garcinia paucinervis)是集材用、观赏、药用多种用途的珍贵树种,具有较高的经济价值。为揭示金丝李叶绿体基因组结构特点以及系统发育位置,本研究利用Illumina HiSeqTM4000平台对其叶绿体基因组进行测序,通过生物信息学方法分析其序列结构、基因特征、重复序列等,并构建系统发育树。结果表明,金丝李叶绿体基因组全长为157 649 bp,含有85 935 bp的大单拷贝(LSC)、17 738 bp的小单拷贝(SSC)以及一对26 988 bp反向重复(IRs)区。不同区域GC含量差异明显,大小依次为IR>LSC>SSC。该种共编码126个基因,包括81个编码蛋白基因(PCGs)、37个tRNA基因(tRNAs)和8个rRNA基因(rRNAs)。共鉴定出96个SSR,以单碱基重复为主,且偏好碱基A和T。金丝李IR边界无明显的扩张或收缩,但位于IR区边界的基因有差异;系统发育树显示金丝李与同属的莽吉柿(Garcinia mangostana)、大果藤黄(Garcinia pedunculata)、岭南山竹子(Garcinia oblongifol...     

‘玉铃铛’枣叶绿体基因组特征及密码子偏性

为探究‘玉铃铛’枣叶绿体基因组密码子的使用模式,本研究利用Illumina NovaSeq平台进行测序并组装,获得其叶绿体全基因组序列;利用CodonW 1.4.2、CUSP、SPSS、MISA v1.0等软件分析其密码子偏好性。结果表明,‘玉铃铛’枣叶绿体基因组大小为161 720 bp,注释共得到131个基因,包括86个蛋白编码基因,37个tRNA基因和8个rRNA基因;密码子的第三位的GC含量为28.82%,有效密码子数范围为33.72～59.39,RSCU>1的密码子30个,高表达优越密码子27个,对比得到最优密码子9个,且均已A/U结尾;密码子偏性分析均表明,‘玉铃铛’枣叶绿体基因组使用密码子的偏性受选择影响更大。本研究对叶绿体基因组密码子优化和鼠李科系统进化的相关研究提供重要参考。     

滇重楼叶绿体基因组特征及密码子偏好性分析

为探究滇重楼叶绿体基因组功能、结构及密码子使用偏好性,本研究对滇重楼叶绿体基因组进行测序、组装,并对其结构、基因功能、密码子偏好性、影响因素、最优密码子进行分析.结果 显示,滇重楼叶绿体基因组具有典型的四分体结构,全长164130bp,平均GC含量为37.00％,LSC、IRs和SSC长度分别为84363、33433和12901 bp;注释得到133个功能基因,其中包括87个蛋白质编码基因,8个核糖体rRNA基因和38个tRNA基因.密码子偏好性分析结果显示,滇重楼叶绿体基因组密码子使用模式主要受到自然选择因素的影响,最优密码子多以A或U碱基结尾.本研究为进一步探讨滇重楼异源表达及基因功能提供了一定参考,也为在分子水平上研究重楼属植物的系统进化提供了相应的理论基础.     

芜菁叶绿体基因组结构与进化关系分析

本试验以白色芜菁W 21为材料,对其叶绿体基因组进行测序和组装,发现芜菁叶绿体基因组呈153 621 bp的环状双链,共检测到132个基因,CG含量分析显示GC占总碱基数的36.3%,重复结构分析显示共有13种类型的841个重复序列,与6个十字花科蔬菜叶绿体基因组做进化分析比较,显示芜菁叶绿体基因组和白菜亲缘关系更近,芜菁和白菜的叶绿体基因组特征比较进一步发现,ycf1和ndhF基因在叶绿体基因组中比较容易突变。     

檀香科半寄生植物叶绿体基因组比较与进化分析

檀香科植物具有极高的观赏价值与经济价值,其中大多数为半寄生物种,包括兼性半寄生与专性半寄生类型,在半寄生类植物系统发育研究中具有重要的地位。本研究以檀香科12个半寄生物种叶绿体基因组序列为研究对象,分析其基因组基本特征、基因组比较以及系统进化关系。结果表明：(1)基因组特征分析方面：与典型的被子植物叶绿体基因组相比,檀香科半寄生物种叶绿体基因组略有缩短。檀香科物种密码子偏好性与其他陆生植物一致,密码子第三位更偏好A或T。重复序列和SSR序列鉴定结果表明,槲寄生属物种与其他物种在序列数目和长度上存在差异。(2)基因组比较分析发现,部分檀香科植物IR区域扩张引起了LSC-IR边界改变,IR-SSC区域差异是边界处基因区域倒置的结果。此外,部分蛋白编码基因(ndh, infA, matK,rpl33和ccsA)被假基因化或完全缺失。(3)基于叶绿体全基因组序列构建的系统发育树揭示了檀香科物种之间的进化关系,结果显示檀香科半寄生物种叶绿体基因组可能以谱系特异性方式进化。本研究结果为檀香科种间鉴别、SSR分子标记开发、系统发育和叶绿体基因组进化提供了理论基础。     

彩色花椰菜叶绿体全基因组特征分析

使用Illumina HiSeq 2500高通量测序平台测序组装白色、紫色、橙色、淡绿色4种花椰菜叶绿体全基因组，分析结果显示，花椰菜叶绿体基因组全长为153 364 bp(淡绿色)和153 366 bp(白色、紫色、橙色),由4个区域组成，包括1个88 136～88 138 bp的长单拷贝区(LSC)、1个17 834～17 835 b的短单拷贝区(SSC)以及2个26 196～26 197 bp的反向重复(IRa/IRb),4种花椰菜叶绿体基因组均注释132个基因，包括87个蛋白编码基因、37个tRNA和8个rRNA。有19个基因在IR区重复；平均总GC含量均为36.36%;共有67种密码子编码24种氨基酸，32个密码子的使用频率(RSCU)大于1.00,偏向于以A或U结尾的同义密码子占90.6%,系统发育分析表明，花椰菜和甘蓝亲缘关系最近，它们与芥菜和欧洲油菜聚为一大类。     

基于高通量技术的椭圆叶花锚叶绿体全基因组测序及系统发育分析

本研究采用Illumina NovaSeq测序平台对椭圆叶花锚叶绿体基因组(cpDNA)进行测序,通过组装获得了其叶绿体基因组全长序列153 341 bp,GC含量为38.2%。注释得到135个基因,包含88个蛋白编码基因、37个tRNA基因、8个rRNA基因和2个假基因。用生物信息学方法对获得的cpDNA进行简单重复序列分析和密码子偏好性分析。结果显示：(1)椭圆叶花锚cpDNA中共有173个符合条件的SSR位点。其中单核苷酸、二核苷酸、三核苷酸、四核苷酸和六核苷数分别为128、34、4、6和1,未发现五核苷酸重复基序。(2)椭圆叶花锚cpDNA亮氨酸使用频率最高,半胱氨酸使用频率最低。基于17种植物构建的系统发育树显示,椭圆叶花锚所在的花锚属与獐牙菜属亲缘关系最近。本研究为椭圆叶花锚种质资源鉴定、评价以及亲缘关系研究提供依据。     

花园君子兰叶绿体基因组序列

花园君子兰(Clivia gardenii)是君子兰属著名的常绿草本植物。本试验首次研究了花园君子兰的叶绿体基因组。其叶绿体基因组的长度为158 156 bp,包括86 307 bp的长单拷贝区域(LSC),18 231 bp的短单拷贝区域(SSC)和26 809 bp的反向重复区域(IRs)。总的GC含量为37.96%。注释了130个基因,包括86个编码基因,36个tRNA基因和8个rRNA基因。其中20个基因位于IR重复区,包括7个编码基因,9个tRNA基因和4个rRNA基因。选择石蒜科的12个物种进行系统发育树分析,采用全长基因组序列构建了系统发育树,结果显示C. gardenii和C. miniata形成一个单系群,表明花园君子兰和大花君子兰亲缘关系最近;并且和Hippeastrum、Leucojum、Narcissus、Lycoris等属形成了姐妹群。这些物种也形成了一个单系群,代表了石蒜亚科。本研究结果为君子兰的育种及叶绿体基因工程等研究提供了数据基础。     

芸香科植物叶绿体基因组结构和系统发育分析

本研究对已公布的芸香科12属43个物种叶绿体全基因组序列的结构特征进行了比较分析。芸香科叶绿体基因组大小为157～161 kb,基因数目为119～138,蛋白质编码基因数目为83～92。蛋白质编码基因中,11个为重复基因,共有基因为79个,13个基因存在不同程度的丢失。长度≥200 bp的蛋白质编码共有基因中,变异率最高的5个基因依次为ndhA、clpP、matK、rps16和rpl16。重复序列分析结果表明,最主要的重复序列类型为串联重复和回文重复,山小橘属2个物种的重复序列显著多于其他物种。大部分SSR (Simple sequence repeats)位点都偏向于A或者T组成,柑橘属中以三核苷酸重复最多,花椒属中主要为二核苷酸重复(单核苷酸重复除外)。基于基因组序列和蛋白质编码基因,均得到支持率高,拓扑结构基本一致的系统发育树结果。芸香科为单系类群,科下形成两个大分支,其中柑橘亚科为单系和芸香属形成一支;另一大支中,香肉果属是最早分化出来的类群,黄檗属+吴茱萸属为花椒属的姐妹群。本研究结果有助于更好的了解芸香科物种的系统进化。     

越南槐叶绿体基因组序列特征与系统发育分析

越南槐(Sophora tonkinensis)是豆科苦参属的一种灌木,具有重要的药用价值和生态功能。由于其野生种群濒临灭绝,迫切需要对其进行保护。此外,对于市场需求而言,野生越南槐资源非常有限,市场上存在许多掺假产品。因此,需要建立一种在分子水平上鉴定越南槐及其掺假品的方法。叶绿体基因组是系统发育分析、遗传多样性评价和植物分子鉴定的重要遗传标记来源。在本研究中,我们报道了越南槐的叶绿体全基因组。结果显示,越南槐叶绿体基因组全长152 234 bp,共编码126个基因即8个rRNA基因,37个tRNA基因,80个CDs基因和1个假基因(rps16),GC含量为36.40%。重复序列分析共检测到68个复杂重复序列和145个简单重复序列。边界分析结果显示,在越南槐中由于IR区的微收缩,导致JLA边界的rpl2和trnH基因丢失。核苷酸多态性分析共检测出3个变异热点区(trnT-GGU-psbD, rps18-rpl20和trnA-UGG-trnI-GAU),pi(π)>0.05。基于76个蛋白质编码基因序列的系统发育分析结果显示,苦参属物种聚为一个单系支,支持率达100%。本研究对越...     

中外科学家携手破译油菜多倍体基因组

<正>由国际油菜测序联盟牵头首次完成了甘蓝型油菜的基因组测序工作,这是国际上首次对传统的多倍体作物复杂的基因组进行的完整测序和组装,并完成了其与亲本种的系统比较和进化分析。中国农业科学院油料作物研究所是此项工作的主要参与力量。该突破性研究成果于8月22日发表在国际顶级期刊《科学(Science)》上。研究发现,甘蓝型冬油菜基因组至少包含十多万个蛋白编码基因,为至今测序的植物种中基因数最多的物种。借助与亲     

构建结球甘蓝KIN基因在叶绿体基因组定点表达的载体

获得叶绿体基因组定点整合表达载体是开展结球甘蓝叶绿体基因组的遗传转化研究的第一步。本研究克隆了CMS结球甘蓝的抗冻蛋白KIN基因,发现该基因定位于结球甘蓝的2号染色体上。通过构建中间载体p KA和p AI,将KIN基因的编码区构建到了CMS结球甘蓝叶绿体基因组定点整合表达载体p IKAA中。该载体以Trn A和Trn I基因片段作为同源整合片段,能整合到CMS结球甘蓝叶绿体基因组中。此外,该载体是双顺反子形式的,即在转录的单条m RNA上,同时包含了KIN和aad A基因编码区。将p IKAA转化到大肠杆菌中,结果显示转化有该载体的大肠杆菌能够在含有氨苄青霉素(AMP)和壮观霉素(SPEC)的固体LB平板中生长。研究结果可为后期CMS结球甘蓝叶绿体基因组的遗传转化体系的建立奠定基础。     

cpDNA psbA-trnH在硬叶兜兰分子进化中的应用价值

cpDNA psbA-trnH基因被认为是被子植物叶绿体基因组中变异位点最多的序列和进化速率最快的叶绿体间隔子之一,该序列可运用于药材种或品种、产地鉴定、系统进化分析。为了更好地了解兜兰属植物的特征和系统进化研究价值,本研究通过建立硬叶兜兰PCR扩增反应体系,对其叶绿体转录间隔基因(psbA-trnH)扩增效果和测序变异进行研究。结果表明,采用60 ng/10μL的DNA模板、2.5 mmol/L的MgCl₂、各0.5μmol/L的引物浓度、0.6 U/10μL的DNA聚合酶和0.3 mmol/L dNTPs,退火温度为58.8℃的反应体系有较好的扩增效率,平均测序成功率为53.03%。该基因长度为684~955 bp,平均长度为835 bp,长度变异系数为9.32%,共检出49个核苷酸变异位点,该基因在种水平的变异较小,在亚科间有不同程度的变异。硬叶兜兰的psbA-trnH序列在居群水平上表现出一定的变异,但平均测序成功率不高,仅为53.03%,在一定程度上限制其应用。     

药食同源植物甘葛藤的全长转录组分析

为了深入了解甘葛藤转录组的整体水平及黄酮类生物合成通路基因。利用高通量测序PacBio Sequel平台,以甘葛藤根、茎、叶的混合样品为材料,使用单分子长读数测序技术(SMRT)对甘葛藤进行全长转录组测序及分析。平台共获得10 994 967个高质量reads和384 072条全长非嵌合序列(FLNC),测序数据经质控后获得90 856个转录本;获得的所有转录本经NR、SwissProt、KOG、KEGG、GO数据库进行注释和功能分类,结果有85 239个单基因被注释,NR注释数量最多为84 675个,占93.2%;KEGG注释的基因最少,22 330个基因被注释到132条途径,代谢途径分布的基因较多(9 368,41.95%)。预测到3 507个转录因子,bHLH转录因子家族的基因最多。14 127个基因被分配到17个R基因类别,主要为RLP类。检测到33 660个SSR序列,多为AG/CT类型。分析黄酮类生物合成途径,发现与黄酮类合成相关的基因110个,其中,26个编码HCT,3个编码CHS,7个编码CHI。PacBio测序平台能获得更长的转录本,SMRT技术能够深入挖掘甘葛藤转录数据,比第二代测序技术能够获得更高的转录本注释率。在高通量全长转录组水平对甘葛藤进行了研究,为甘葛藤的分子生物学研究提供了较可靠、全面的转录组数据,为进一步开发甘葛藤的分子标记和挖掘优良基因提供了科学依据。