扁核木属植物叶绿体基因组特征分析

扁核木属（Prinsepia）植物在中国分布有4个种,均具有极高的食用和药用价值。为解析扁核木属植物的叶绿体基因组特征,基于现已发表的扁核木属植物叶绿体基因组,利用相关生物信息学手段进行其叶绿体基因结构、SSR、密码子偏好性和序列变异情况分析,并构建系统发育树。结果表明,2种扁核木属植物叶绿体基因组大小介于159 179~ 168 206 bp之间,平均GC含量为37.3%,从编码基因数目来看,仅相差2个tRNA,而蛋白编码基因和rRNA数目均一致,种间具有较高的保守性;在扁核木和蕤核叶绿体全基因组序列中各检测出分散重复49个,其中以正向重复和回文重复为主,占比达73%~82%,而串联重复数目分别为49个和58个,经简单重复序列SSR分析,分别在2种植物叶绿体基因组序列中分别筛选出100个和84个SSR位点,且多是以A/T碱基为主的单核苷酸重复类型;扁核木属植物叶绿体基因组密码子偏好性分析发现GC3的碱基含量显著低于GC1和GC2,说明密码子偏好以A、U结尾,ENC取值均大于48%,表明其密码子偏性较弱,中性绘图和PR2-plot分析发现自然选择是影响扁核木属植物密码子使用偏好性的主要原因,通过建立高、低基因表达库,以RSCU值为参考,确定了6个扁核木属最优密码子。经叶绿体基因组序列变异分析,根据核苷酸多态性指数Pi>0.015筛选出trnH-GUG-psbA,psbZ-trnG-UCC-trnfM-CAU-rps14和psaJ-rpl33-rps18等3个高变区,以蕤核叶绿体基因组为参考,在扁核木叶绿体基因组编码区发现存在大量的插入、缺失和SNP突变位点,并在蕤核叶绿体基因组中发现了多个该物种的特有基因。基于叶绿体基因组的trnS-trnG间隔区构建的系统发育树显示,4种扁核木属植物可分为南系（扁核木、台湾扁核木）和北系（蕤核、东北扁核木）两类。研究结果可为扁核木属植物的系统发育、分类鉴定及其资源的开发利用等相关研究提供理论基础。     

红芽芋及荔浦芋叶绿体基因组测序及比较分析

为明确红芽芋、荔浦芋叶绿体基因组的基本特征及其差异，本研究以江西铅山红芽芋和广西荔浦芋为研究对象，采用改良CTAB法提取2种芋新鲜叶片基因组DNA，利用高通量测序技术获得2种芋全长叶绿体基因组序列，并进行SSR检测、序列比对、遗传多样性滑窗分析和系统发育树构建分析。结果表明，红芽芋和荔浦芋的叶绿体基因组全长分别为162 478 bp和162 453 bp，均呈现典型的环状双链四分体结构，二者均注释到131个基因，包括蛋白编码基因86个，tRNA基因37个，rRNA基因8个，其中具有2个拷贝的基因18个，具有内含子的基因23个。简单重复序列（SSR）位点分析发现，红芽芋和荔浦芋基因组序列分别含有130和124个SSR，二者SSR序列中A/T碱基含量分别占63.08%和61.29%，基于其SSR位点分析开发出15条具有多态性的SSR引物。红芽芋和荔浦芋叶绿体基因组共检测到236个SNP位点，26.7%的SNP位点发生在编码区，其中有25个基因发生错位突变，这些基因的变异可能促进了2种芋之间的性状变异。与天南星亚科已公布的13个属代表植物叶绿体基因组进行比较，其基因结构、种类和数量都比较保守...     

三倍体茶树‘西莲1号’叶绿体基因组特征及系统发育分析

三倍体茶树品种‘西莲1号’是桑植白茶产业发展的主推品种，与湖南现有茶树品种相比具有很强的特异性。为揭示‘西莲1号’的分类和演化地位，项目采用叶绿体（Chloroplast,cp）全基因组测序技术进行了‘西莲1号’全基因组测序，并对其所有的SSR标记进行了开发与筛选。结果表明：（1）‘西莲1号’叶绿体基因组全长为157 038 bp,GC含量为37.30%，为一个四分体结构，包括1个大的单拷贝（LSC）、一个小的单拷贝（SSC）和一对反向重复序列（IR），长度分别为86 612 bp、18 282 bp和26 072 bp。cpDNA共注释得到132个基因，其中unigenes有114个，包含80个编码基因，30个tRNA基因和4个rRNA基因。（2）共鉴定出245个简单序列重复（SSR），通过筛选有15个SSR具有较高的多态性。获得了cpDNA基因组20个氨基酸的偏好密码子，‘西莲1号’密码子偏好以A/T碱基结尾。（3）基因选择压力分析表明，与茶组其他资源相比，6个基因（accD、ndhC、petB、rpl16、rpoC1、rpoC2）可能处于正选择状态。（4）基于叶绿体基因组序列构建...     

黑喉石斛叶绿体基因组特征及比较分析

本研究结合Illumina高通量测序和Nanopore测序技术,对黑喉石斛（Dendrobium ochreatum）的叶绿体基因组（cpDNA）进行测序,组装得到其cpDNA全长序列并绘制结构图谱。黑喉石斛cpDNA全长154 935 bp,注释共得到125个基因,其中有unigenes 103种,包含73种蛋白编码基因,26种tRNA基因和4种rRNA基因。特征分析结果表明：黑喉石斛cpDNA中共存在58个SSR （simple sequence repeat）位点,大部分为单核苷酸重复和二核苷酸重复类型,碱基组成以A/T碱基类型为主;其偏好的密码子共32个,其中有30个以A/U碱基结尾。以黑喉石斛与其他13种石斛的cpDNA构建系统发育进化树,结果显示,鼓槌石斛（D. chrysotoxum）和梳唇石斛（D. strongylanthum）与黑喉石斛具有较近的亲缘关系,IR/SC边界分析结果也映证了此结论。以黑喉石斛为参照,与3种近缘石斛的cpDNA进行全序列长对比,结果显示,4种石斛的序列变异主要发生在单拷贝区,基因间隔区的变异明显高于基因编码区。     

高良姜叶绿体基因组测序与特征分析

为了探究高良姜的叶绿体基因组特征及其系统进化发育关系,本研究以高良姜总DNA为材料,采用NovaSeq高通量测序平台进行高良姜叶绿体基因组测序,并基于生物信息学方法进行高良姜叶绿体基因组的图谱构建及注释分析。结果表明:高良姜叶绿体基因组全长162 137 bp,呈典型的环状四段式结构,包括87 264 bp的大单拷贝区、15 349 bp的小单拷贝区以及2个29 762 bp的反向互补重复区;共编码132个基因,其中蛋白编码基因86个、核糖体RNA基因8个以及转运RNA基因38个。高良姜叶绿体基因组密码子偏好性较弱,偏向于以A/T碱基结尾。碱基替换分析表明,高良姜叶绿体基因组中大多数编码基因的碱基替换没有引起氨基酸的改变。基于20种物种叶绿体基因组的系统发育分析发现,高良姜与同属植物艳山姜、益智的亲缘关系更近。本研究获得了高良姜的叶绿体基因组特征信息,为高良姜资源保护、遗传进化和品种选育奠定了基础。     

一年蓬叶绿体基因组特征及系统进化分析

一年蓬（Erigeron annuus）作为一种入侵植物，对我国农林业发展、本地物种多样性及生态系统具有严重的影响。本研究利用Illumina NovaSeq 6000测定一年蓬的DNA序列，采用SPAdes v3.10.1软件组装一年蓬叶绿体基因组，以小蓬草（Erigeron canadensis, MT806101.1）叶绿体基因组为参考，对一年蓬叶绿体基因组结构、特征、SSR位点、IR边界以及进化树进行分析，结果表明：一年蓬叶绿体基因组全长为153 283 bp,AT、GC含量分别为62.95%、37.05%。包括大单拷贝区（LSC）84 833 bp，小单拷贝区（SSC）18 412 bp，反向重复区（IRa和IRb）25 019 bp，一年蓬叶绿体基因组共编码到132个基因，包括蛋白编码基因88个，转运RNA基因36个，核糖体RNA基因8个。按照功能分类将它们分成四大类：光合作用相关基因共45个、自我复制相关基因共73个、其他基因共6个、未知功能基因共8个。在一年蓬叶绿体基因组中共查找200个符合条件的SSR位点，分布在LSC、SSC、IR区域的SSR数量分别为126、40、...     

茶树cpDNA测序及基于cpDNA序列的山茶属植物亲缘关系研究

叶绿体基因组在物种鉴定、系统进化分析及亲缘关系研究等领域应用前景广阔。本文应用Illumina高通量测序技术对龙井43（Camellia sinensis cv. Longjing 43）的叶绿体全基因组进行测序;利用叶绿体trnL-trnF序列研究茶树及其近缘植物的亲缘关系。结果表明,龙井43叶绿体基因组全长为157 096 bp,反向互补重复区（Inverted repeat, IR）为26 080 bp,小单拷贝区（Small single copy region, SSC）、大单拷贝区（Large single copy region, LSC）分别为18 283 bp、86 653 bp。共注释叶绿体基因133个,其中蛋白编码基因86个,rRNA基因8个,tRNA基因39个。对所选植物的trnL-trnF序列进行比对,序列长度变异范围为481~501 bp,序列最长为岔河大茶,最短为金花茶,基于此序列构建亲缘关系树,山茶属茶组植物聚成一个组。研究结果对茶树优良品种培育及山茶属植物亲缘关系的研究具有重要价值。     

黄桃叶绿体基因组的组装与序列分析

以‘锦绣'黄桃为试材,利用Illumina NovaSeq 6000测定‘锦绣'黄桃的DNA序列,用SPAdes v3.10.1组装叶绿体基因组,以桃树叶绿体基因组为参考,对其进行叶绿体基因组特征和进化树分析,为进一步开展‘锦绣'黄桃遗传与鉴定学研究奠定良好基础。结果表明：‘锦绣'黄桃叶绿体基因组全长为157 786 bp,具有典型的四分体环状结构,GC含量为36.77%,AT含量为63.23%,包括1个大单拷贝区（LSC）、1对反向重复区（IR）和1个小单拷贝区（SSC）,序列长度分别为85 924、26 381、19 100 bp,LSC、IR和SSC区域中的GC含量分别为34.61%、42.58%、30.41%。‘锦绣'黄桃的叶绿体基因组共注释得到130个基因,包括85个蛋白编码基因、37个tRNA基因和8个rRNA基因;按照功能分类将其分为光合作用相关基因、自我复制相关基因、其他基因和未知功能基因4大类,在这些基因中包括18个双拷贝基因,分别是1个NADH脱氢酶亚基基因（ndhB）、4个自我复制基因（rpl2、rpl23、rps12、rps7）、4个rRNA基因（rrn16、rrn23、rrn4.5、rrn5）、7个tRNA基因（trnA-UGC、trnI-CAU、trnI-GAU、trnL-CAA、trnN-GUU、trnR-ACG、trnV-GAC）、2个未知功能蛋白基因（ycf1、ycf2）。在‘锦绣'黄桃叶绿体基因组中查找248个SSR位点,分布在LSC、SSC、IR区域的SSR数量分别为165、44、39个,占比分别为66.53%、17.74%、15.73%,以单核苷酸重复占绝对优势,主要是A/T,其次是三核苷酸类型,其优势重复单元类型是ATA、TAT和TTA。进化树分析表明,‘锦绣'黄桃与桃树（Prunus persica,MH169125.1）亲缘关系最近。本研究建立了适于‘锦绣'黄桃完整叶绿体基因组组装及其特征分析的方法,为‘锦绣'黄桃的鉴定和系统发育研究奠定基础。     

信阳10号叶绿体基因组及其系统进化

信阳10号是适制信阳毛尖的国家级良种,然而其起源以及与其他茶树品种之间的进化关系尚不清晰。利用MGI2000平台对信阳10号进行测序,组装获得了信阳10号的完整叶绿体基因组并对其结构进行分析,同时,为探究信阳10号与其他茶树的进化关系,构建了46个物种的叶绿体基因组系统发育树。结果表明：（1）信阳10号叶绿体基因组大小为157 041 bp,包括2个反向重复区（IR,26 078 bp）,1个大单拷贝区（LSC,86 594 bp）和1个小单拷贝区（SSC,18 291 bp）;共注释得到叶绿体基因113个,包括79个蛋白质编码基因,30个tRNA基因和4个rRNA基因。（2）在信阳10号的叶绿体基因组中共检测到了74个SSR位点,大部分SSR由A/T组成。（3）贝叶斯法构建的系统进化关系树显示,信阳10号与福建铁罗汉关系最近,并且两者的叶绿体基因组完全相同,推测可能来源于相同母本;信阳10号与韩国茶Chamnok和Sangmok、福建白鸡冠、云南德宏茶也有较近的亲缘关系。研究结果为进一步探究茶树起源与演化以及分子育种提供了基础。     

‘六月早’蜜柚叶绿体基因组及其特征分析

‘六月早’蜜柚(Citrus maxima ‘Liuyuezao’)为国内重要的柚品种琯溪蜜柚早熟芽变品种。以‘六月早’蜜柚为材料,利用二代测序进行全基因组重测序,从中组装获取叶绿体基因组并对其进行注释。结果表明:组装获得的‘六月早’蜜柚的叶绿体基因组全长160 186 bp,四分体结构由大单拷贝区(large single copy, LSC)、小单拷贝区(small single copy, SSC)和反向重复区(inverted repeat, IR)组成,3个分区的长度分别为87 939、18 395、26 926 bp。注释得到133个基因,其中包含89个编码基因,37个tRNA和8个rRNA。共识别到31个短串联重复序列,101个SSR位点。将已公开发表的29个芸香科叶绿体基因组使用最大似然法进行系统发育关系的构建,结果表明,‘六月早’蜜柚与甜橙(C. sinensis)、柠檬(C. limon)和C. platymamma的亲缘关系较近。     

木荷基因组 SSR 位点开发及初步分析

为开发木荷分子标记,采用高通量测序技术获得木荷基因组原始数据,经生物信息学软件对木荷基因组序列进行序列拼接、组装和对比,共获得 308 418 条 Contig 序列和 459 984 条 Scafford 序列。采用 MISA 软件搜索木荷基因组序列中微卫星（Microsatellite）位点,共得到 334 843 个 SSR 序列,总长度 5 074 708 bp,占木荷基因组大小的 0.98%,木荷基因组 SSR 序列平均长度为 15.2 bp,平均分布频率为 644 个/Mb。木荷 SSR 序列中,单核苷酸序列数量最多,共 188 217 个,占木荷 SSR 序列总数的 56.21%,其次是二核苷酸（23%）>三核苷酸（13%） >四核苷酸（5%）>五核苷酸（2%）>六核苷（1%）。木荷全基因组 SSR 序列中共包括 400 种重复基元,其中单核苷酸重复基元 A 和二核苷酸重复基元 AT 是主要重复基元,分别占总 SSR 的 56%和 11%,SSR 基元的重复次数分布在 4~40 次,主要分布在 4~25 次。本研究丰富了木荷分子标记类型,为进一步群体遗传结构和遗传多样性分析提供了基础数据。     

茶网蝽线粒体基因组全序列测定及系统发育分析

为明确茶网蝽（Stephanitis chinensis）线粒体基因组序列特征,探究其系统发育地位。利用Illumina和Sanger测序对陕西省安康市茶网蝽线粒体基因组进行测定。结果显示,茶网蝽线粒体基因组全长18 085 bp,包含37个基因（13个蛋白质编码基因,22个tRNA,2个rRNA）和1个3 678 bp的控制区,基因排列与昆虫线粒体祖先基因顺序（Ancestral gene order）相同。基因组AT含量为78.10%。13个蛋白质编码基因中,6个以ATG起始,7个以ATT或ATA起始,10个以TAA或TAG为终止密码子,cox2、atp6和cox3以T终止,蛋白质编码基因使用频率最高的密码子是UUA、AUU、UUU和AUA,使用频率最高的氨基酸为亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（Ile）、苯丙氨酸（Phe）和丝氨酸（Ser）。22个tRNA基因存在GU、UU、GA和AA错配23处,trnS1(GCU)缺少DHU臂,其他tRNA均能形成典型三叶草结构。控制区包含位于前端的3种非串联重复、4个(TTAG)_n和1个位于后端的串联重复序列,含有多个茎环结构。系统发育分析结果表明,茶网蝽与直脊冠网蝽（Stephanitis mendica）的亲缘关系最近,所有网蝽科聚为一簇,位于发育树的根部。     

稻瘟病菌基因组中微卫星序列的频率和分布

 利用已经公布的稻瘟病菌基因组测序结果，对该植物病原真菌基因组中的微卫星（SSR）的类型、大小及分布进行了系统分析。在已经公布的37.89 Mb的基因组序列中，共有16 398个由1~6个核苷酸为基序的SSR序列（匹配值为80％），其总长度占整个基因组碱基数的0.87％，平均2.31 kb碱基中就分布有1个大于15 bp的SSR。其中数量最多的是单碱基重复，达到4 392个，其次为三碱基重复序列 （3 586个），五碱基重复序列（3 442个），这3种SSR总数达11 420个，占SSR的 69.7%。数量最少的是二碱基重复序列，只有680个。在整个基因组中的主要基序有A，AG，AC，ACG，AGC，AAG，GGC，ACCT，ATCC，AAAG，AAAAG，AAAAT，AAAAC，AAAAAG， AAAAAT和AACTAG。有的基序类型则完全没有出现。对不同超级连锁群的分析结果表明，各连锁群之间的SSR分布有一定差异，但总体上仍是较为均衡的。这些结果为稻瘟病菌的基因标记、群体结构研究、非编码区DNA序列的结构及功能研究提供了一个较好的基础。     

巴西橡胶树简单重复序列的鉴定及分离

本研究利用巴西橡胶树（Hevea brasiliensis）这一重要产胶植物的基因组文库进行了简单重复序列（SSRs），也即微卫星序列的分离鉴定。对来自无性系GT1的小插入基因组文库进行SSRs（AC/TG及CT/GA基序）筛选鉴定共获得154个克隆。采用载体通用引物及重复序列进行PCR扩增发现，其中114个为阳性克隆。限制性酶切分析结果显示，这些阳性克隆中有6个为重复拷贝，故予以剔除。之后，对剩余108个克隆中的50个进行了序列分析。此外，试验中对来自优良无性系RRII105的大插入基因组文库也进行了筛选。所获24个阳性克隆的测序结果也证实了橡胶基因组中微卫星序列的存在。经过最终的序列分析，本研究共鉴定出67个具有不同特点的简单及复合型微卫星序列，其中59个来自GT1，其余8个来自RRII105。所检测到的重复基序包括二核苷酸（TG/AC，AG/TC，TA/AT），三核苷酸（AAG，AGG，ATT），四核苷酸（GAAA，AAGG，ATCC，TAAA，AAAT），以及一个五核苷酸（GAAAT）。与其它作物的报道结果类似，在橡胶基因组中也观察到大量的CT/GA重复。     

豆科全基因组DGAT 基因家族的鉴定与进化分析

本文运用生物信息学方法在12个豆科植物基因组中对DGAT（甘油二酯酰基转移酶）基因进行了全基因组鉴定，发现在四倍体花生和大豆基因组中含有的基因拷贝数相对较多，分别为17、10，这可能是导致其油脂合成能力高于其他作物的重要因素。通过对家族基因进行系统发育分析，发现DGAT 基因在真双子叶植物分化之前已存在，在豆科植物中经历反复的全基因组加倍，使得家族得到扩张；并且串联重复对于家族扩增起到了不可忽视的作用，如葡萄中的两个旁系同源基因，由于串联重复使得基因拷贝数量提高了150%。大豆中DGAT 基因在不同的组织中表达模式与其系统发育关系也表现出了关联性。该基因家族相对保守，与豆科基因组进化基本保持了一致的进化速率。本研究对于认识豆科植物DGAT 基因进化过程具有重要的理论意义，同时在基因组学水平为大豆、花生等油脂合成品质改良提供了理论支撑。     

芒果叶绿体基因组密码子使用偏好性分析

本研究利用CodonW、SPSS、Excel软件对芒果叶绿体基因组55条蛋白编码序列的密码子开展了中性绘图、PR2-plot、 ENC-plot和最优密码子分析。结果表明,芒果叶绿体基因的有效密码子(ENC)偏好性不强,分布在35.38～56.56;GC3s含量26.29%,说明密码子末位碱基以A/T结尾为主;ENC与GC3极显著相关。相对同义密码子分析,RSCU>1的密码子有31个,其中,以A和T结尾的29个,表明A和T是基因组偏爱的密码子。中性绘图、PR2-plot和ENC-plot分析表明,芒果叶绿体基因组密码子使用偏好受突变和选择等因素共同作用的影响。通过高频率密码子和高表达优越密码子相结合的方法进行分析,筛选出主要以A和T结尾的芒果叶绿体基因组最优密码子19个,分别是GCT、TGT、GAA、TTT、GGT、CAT、ATT、AAA、TTA、CCT、CAA、AGA、CGA、CGT、AGT、TCT、ACT、GTA和CTT。     

菠萝叶绿体基因组密码子偏好性分析

叶绿体基因组密码子偏好性影响基因的表达效率,对于叶绿体基因工程应用及物种遗传改良具有重要的科学意义.为了明确菠萝叶绿体基因组密码子偏好性的使用特征及主要影响因素,本研究以菠萝叶绿体基因组为研究对象,利用生物信息学软件分析其密码子的使用模式和偏好性.密码子偏好性相关参数分析显示:(1)菠萝叶绿体基因密码子的GC含量平均值...     

4科热带作物系统发育分析

以4科（大戟科、豆科、芭蕉科、番木瓜科）的29种热带作物为研究对象,采用叶绿体16~23 S基因间隔序列,对这29种植物的系统发育进行了分析。结果表明,这29种植物的16~23 S基因间隔区序列同源性很高,保守性较强;构建系统发育树表明,这29种植物进化完全符合恩格勒（1897）分类系统,序列变异程度较低;进一步分析了11个木薯品种间的差异,木薯种内差异很小,只有SC8与其他几个品种稍有差异,但不显著。结果表明,叶绿体16~23 S基因间隔序列虽可区别这4科29种植物,但该序列较长,序列变异程度较低,并不能作为候选DNA条形码之一。     

2种枇杷属植物的trnH-psbA条形码序列变异及其近缘属系统发育初步研究

选用枇杷野生近缘种‘栎叶枇杷’和栽培种‘早钟6号’、‘香妃’,对其叶绿体基因组trnH-psbA基因间隔区进行PCR克隆与测序,利用生物信息学方法分析其序列特征,并构建苹果亚科内19个属的系统发育树。结果表明:trnH-psbA序列长323~392 bp(GenBank登录号:KF022254、KF022255、KF022256),G+C含量30.10%~33.13%,共有1个核苷酸替换(substitution)和2个插入/缺失(indel);基于trnH-psbA DNA条形码序列的分子系统进化分析结果表明,苹果亚科内形成2个大的分支,枇杷属与石斑木属的亲缘关系最近(平均遗传距离为0.055)。此结果表明叶绿体基因trnH-psbA序列可有效地进行枇杷属内物种鉴别及属间分类,是枇杷属植物DNA条形码研究的标准基因之一。     

基于e-PCR的小麦、山羊草属SSR电子指纹图谱的开发

电子指纹图谱的绘制可对电泳结果进行规范化、可视化操作，进而提高小麦分子标记的流通性，加速小麦育种进程。本研究用MicroSAtellite (MISA)软件对小麦属、山羊草属共61个叶绿体和13个线粒体的全基因组SSR标记进行搜索，发现SSR位点的出现频率与基因组类型有关，线粒体、叶绿体基因组均以2次重复的五核苷酸和六核苷酸重复基序为主，同一种类型的基序重复次数与SSR数目成反比；基于电子PCR技术 (e-PCR)并结合MapChart软件共筛选出30对引物，其中来源于二倍体和四倍体山羊草属叶绿体全基因组的引物分别有16和2对，来源于四倍体和六倍体小麦属叶绿体全基因组的引物分别有5和2对，来源于六倍体小麦属线粒体全基因组的引物有5对，最后用MapChart软件绘制电子指纹图谱。本研究采用了一种新的SSR引物设计和筛选方法，完成了小麦属、山羊草属叶绿体和线粒体共74个全基因组序列SSR分子标记的初步开发和电子指纹图谱的绘制，为引物开发提供了新思路，有利于提高分子标记的流通性以及小麦种质资源亲缘关系的鉴定。