紫花地丁与其他堇菜属植物叶绿体基因组比较及系统发育分析

紫花地丁(Viola philippica)为堇菜科(Violaceae)堇菜属(Viola L.)植物,也是一种传统中药材。本研究对紫花地丁叶绿体基因组进行测序,并完成其特征解析。通过结合近缘植物叶绿体基因组数据,分析紫花地丁叶绿体基因组的密码子偏好性、重复序列及系统发育。紫花地丁叶绿体基因组全长157 417 bp,总GC含量为36.25%,包括1个大单拷贝区(large single-copy, LSC),1个小单拷贝区(small single-copy, SSC)和2个反向重复序列(inverted repeats, IR),共注释得到111个功能基因,其中77个蛋白质编码基因,30个tRNA基因,4个rRNA基因;共检测到23个SSRs,以单核苷酸重复为主,多由A或T碱基重复组成;系统发育分析显示,紫花地丁与Viola seoulensis亲缘关系最近;所选紫花地丁在内的6个堇菜属植物叶绿体基因组在非编码区变异程度较高,核苷酸多态性分析(Pi)获得8个高变区热点,均处于LSC及SSC区域;叶绿体基因组边界分析显示6种堇菜属植物叶绿体基因组IR区基因排列顺序较为保守,扩张和收...     

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。     

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。     

野生大麻叶绿体基因组分子多态标记的筛选与开发

以6份不同生态区野生大麻为试验材料,对叶绿体17个高变区的通用引物进行多态性筛选,同时基于已公布的大麻叶绿体基因组全序列,应用生物信息学软件对其进行比较基因组学分析,开发新的多态性引物。结果显示:(1)17对通用引物,通用性达76.5%,但仅ndh F-rpl32引物产物多态性好;(2)比较基因组学研究表明大麻叶绿体基因组多态性比较低,但存在极少的高变区,针对全序列高变区段设计的4对引物(trn L-rpl32~a,rps8-rps11,psa I-acc D,rps16~a)在6份野生大麻群体材料中分别有2~8个变异位点,具有较高的多态性。叶绿体非编码基因片段通用引物ndh F-rpl32及本研究针对大麻开发的trn L-rpl32~a、rps8-rps11、psa I-acc D、rps16~a引物在大麻中具有专一性强、产物多态性高等特点,可作为高效分子标记应用于大麻种质资源遗传多样性与保护、物种起源与遗传进化、种下分类鉴定、工业大麻育种等研究。     

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。     

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...     

CITES监管植物习志野叶绿体基因组结构特征及系统发育分析

利用二代测序技术Illumina平台对CITES附录监管物种习志野(Tephrocactus geometricus)进行叶绿体全基因组测序与组装,并对其基因组结构特征及系统进化关系进行分析。结果表明,习志野叶绿体基因组具备典型的环状四分体结构,全长116 183 bp,包含72个蛋白编码基因、6个rRNA基因和30个tRNA基因。习志野叶绿体基因组共编码16 119个密码子,编码亮氨酸(Leu)的最多;共发现微卫星位点259个,其中最多的是单核苷酸重复序列186个。采用ML法构建系统进化树,习志野与巨人柱属的巨人柱(Carnegiea gigantea)亲缘关系最近。本研究为习志野的分子标记开发、系统发育关系研究、叶绿体转化技术、濒危机制的解析等提供了基础数据参考,同时也丰富了仙人掌科植物的叶绿体基因组遗传信息。     

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...     

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。     

叶绿体DNA条形码在林木中的应用及研究进展

叶绿体基因组含有丰富的遗传信息,分子量小、结构简单,进化速率中等、突变率较低、遗传稳定,多被用于物种鉴定、物种的系统发育关系研究及物种间亲缘关系分析,也被用于分子谱系地理学和物种起源等研究。叶绿体基因组主要分为编码序列和非编码序列(包括内含子和间隔区),两者进化速率差异显著,适用于不同阶元的系统发育及分类研究。本研究主要对叶绿体基因组的编码序列rbc L、mat K基因、间隔区psb A-trn H、trn L-trn F等基因及内含子rpl16、rps16、trn L等应用于林木系统发育、亲缘关系分析及分子谱系地理学等方面研究进展进行了概述,提出了当前叶绿体DNA条形码在林木应用中存在的问题,并对今后叶绿体条形码在林木中的应用前景进行了展望。     

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。     

南欧大戟叶绿体基因组特征及其系统发育分析

为探究南欧大戟(Euphorbia peplus L.)叶绿体基因组序列特征及系统进化位置关系。本研究以南欧大戟总DNA为研究对象,利用Illumina HiSeq 2500高通量测序仪测定南欧大戟的叶绿体基因组序列,采用GetOrganelle进行完整叶绿体基因组的组装,并借助生物信息学工具进行基因组的注释分析、图谱构建和系统发育分析。结果表明,南欧大戟叶绿体基因组全长159 466 bp,呈典型的四分体环状结构,包括一个大单拷贝区、一个小单拷贝区和两个反向互补重复区,其大小分别为89 398、17 802和26 133 bp,GC值为35.8%;共编码基因130个,其中包括8个rRNA基因、37个tRNA基因和85个蛋白编码基因。基于23种植物系统发育分析结果表明,南欧大戟与同亚科植物浆果乌桕的亲缘关系最近。本研究获取了南欧大戟的叶绿体基因组特征信息和系统发育位置,为该植物的资源开发、品种鉴定和遗传进化研究提供了新的材料基础。     

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。     

基于叶绿体DNA序列的Ceratotropis亚属遗传进化研究

作为Ceratotropis亚属起源中心之一,中国有丰富的Ceratotropis亚属种质资源,但种间遗传进化研究相对落后。为探索该亚属各种间的亲缘关系及遗传演化规律,对Ceratotropis亚属18个种及亚种共110份材料的叶绿体基因组2个内含子(rpl16、rps16)和3个基因(psbA-trnH、rpoB-trnC和trnL-trnF)的间隔区序列进行了研究。结果表明,各序列的信息位点百分率在3.63%~24.28%之间,其中rps16最高,rpoB-trnC最低。序列拼接的Kimura进化距离分析发现,各种间进化距离介于0~0.057之间,V. minima复合体(V. minima、V. riukinensis和V. nakashime)和V. subramaniana的进化距离最大。基于单个序列,利用MEGA5.1和PAUP4.0软件构建的邻接树和最大简约树的结果均将Ceratotropis亚属18个种及亚种划分为2大支,其中第I类包含9个种和亚种,为3个组(Angulares、Ceratotropis和Aconitifoliae)的混合体,第II类也包含9个种和亚种,全部属于Angulares组。系统发育树的分化同质性检验表明其拓扑一致性较高(P=0.87)。psbA-trnH等5个序列的分子系统进化研究对阐明Ceratotropis亚属种间亲缘关系和系统演化具有重要的理论和现实意义。     

暴马丁香的叶绿体微卫星特征分析

暴马丁香具有很高的观赏价值和药用价值。为研究暴马丁香叶绿体微卫星特征,本研究在暴马丁香叶绿体全基因组序列(156 141 bp)的基础上,采用MISA v1.0软件,分析其叶绿体全基因组序列,共识别出231个微卫星位点(平均每676 bp出现一个)。其中,叶绿体微卫星主要集中于大单拷贝区(94.52%),主要由A、T构成。重复序列中主要以单碱基重复序列为主,占重复序列总数的66.97%。微卫星长度集中在8～19 bp,占96.79%,有7个叶绿体微卫星长度大于20 bp,说明暴马丁香叶绿体基因组上的微卫星位点大多数具有多态性的潜能。实验结果为暴马丁香的物种鉴定和系统发育研究提供理论基础。     

基于叶绿体基因组探讨地黄属及其近缘类群的系统发育关系

利用叶绿体基因组序列对地黄属及其近缘类群的系统发育关系进行研究。基于GenBank公共数据库,下载地黄属及相关类群的叶绿体全基因组序列52条(50个物种),包括广义玄参科物种23种、近缘类群17种和外类群8种(木犀科和苦苣苔科),分别采用最大似然法及贝叶斯推断进行系统发育分析。结果表明,叶绿体全基因组数据能够显著提高系统发育分析的支持率;广义玄参科不是一个单系;除外类群外,我们共得到5个分支,分别为列当科、泡桐属、肉果草属、玄参属、车前科。地黄属形成一个单系,为列当科其它属的基部类群。列当科内物种间叶绿体基因组大小及所包含的基因数目均差异显著。本研究结果支持APG系统对相关科属的处理,包括将婆婆纳属、腹水草属、毛地黄属从广义玄参科移出至车前科;火焰草属、钟萼草属、马先蒿属、地黄属移出至列当科;泡桐属独立为泡桐科。     

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。     

菊苣叶绿体同源片段的克隆及多顺反子定点整合表达载体的构建

利用叶绿体基因组进化中高度保守的特点,根据烟草叶绿体基因组全序列设计合成引物,从菊苣叶绿体基因组中扩增包括rps7-rps12-trnV-16S rDNA基因在内的一段序列(GenBank登录号为GQ199478),并以此作为定点整合外源基因的同源重组片段。以叶绿体基因强启动子prrn驱动选择标记基因aadA及报告基因gfp构建多顺反子表达盒prrn-aadA-gfp-psbA-3,′然后将表达盒克隆进菊苣叶绿体同源片段中,获得菊苣叶绿体定点整合表达载体pJAG,酶切分析证明所构建的载体符合预期设计。该载体的构建为建立菊苣的叶绿体转化体系奠定基础,为进一步通过叶绿体基因工程手段将更多感兴趣的基因导入菊苣进行遗传改良,或以菊苣叶绿体作生物反应器生产动物口服疫苗等搭建技术平台。     

黄芩叶绿体基因组重复序列及密码子偏好性分析

本研究应用REPuter、MISA和Codon W软件对黄芩叶绿体全基因组进行重复序列及密码子偏好性分析,统计了重复序列的数量及分布情况并计算了RSCU、氨基酸使用频率、ENC、GC3s以及GC总含量等一系列数值,确定了最优密码子。结果显示,黄芩叶绿体基因组重复序列多以正向重复(F)和回文重复(P)为主,且大多分布于LSC区;还检测到43个SSR大多分布于基因间隔区(IGS),单碱基重复序列最多占65.12%;由RSCU值及GC含量分析确定以UCU、UCA、AGU等31个密码子为最优密码子,几乎均以A/T结尾,使用频率最高的氨基酸是亮氨酸,最低的是半胱氨酸,ENC值为50.52,表明密码子偏好性较弱。研究结果为黄芩的分子标记的筛选提供了基础信息,并在其分子改造和遗传转化方面具有重要指导意义。     

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。