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...     

萝藦叶绿体基因组结构及进化发育分析

萝藦(Metaplexis japonica(Thunb.)Makino),具有一定的食用价值和药用价值。本研究目的是获得萝藦叶绿体基因组拼接,分析叶绿体基因组序列特征,确定其在近缘物种中的系统进化关系。研究方法是利用Illumina平台对萝藦叶绿体基因组进行高通量测序,使用一系列生物信息学分析方法,完成基因组拼接和基因注释,分析重复序列特征。结合萝藦多个近缘物种,分析边界基因的变异,构建多物种系统进化树。结果表明,萝藦叶绿体基因组是典型的环状四分体结构,全长157 081 bp, GC含量是36.49%。共注释132个基因,包含有45个光合作用相关基因、74个自我复制相关基因、6个其他基因和7个功能未知基因。鉴定得到271个简单重复序列(SSR)位点,其中以单碱基重复为主,其次是三碱基重复。多物种比较和系统进化分析证实,萝藦属于鹅绒藤属,与马利筋属和牛角瓜属是进化上更近的属间植物。     

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】...     

人参属植物叶绿体基因组特征及其进化的研究

【目的】对人参属（Panax L.）物种叶绿体基因组特征及其系统发育进行研究,为我国人参属资源的遗传学研究和开发利用提供理论依据。【方法】基于14种人参属植物叶绿体基因组序列,利用生物信息学软件,对叶绿体基因组特征、序列重复、结构变异、基因进化和系统发育进行分析。【结果】人参属物种叶绿体基因组均为典型的四分体结构,包含114个unique基因。长重复序列主要为回文重复和正向重复,30～39 bp的重复序列最多,SSR大多为A/T重复,单核苷酸重复是最丰富的类型。人参属叶绿体基因组未发生基因重排,反向重复区（IR）与单拷贝区边界高度保守,鉴定的12个核苷酸高度可变热点中7个位于大单拷贝（LSC）区,5个位于小单拷贝（SSC）区。根据dN/dS比率,发现功能未知基因clpP、ycf1和ycf2受正选择作用。系统发育分析显示,屏边三七和三叶参位于基部支系,四倍体人参和西洋参与其他二倍体物种聚在不同支系,三七、竹节参和越南参则亲缘关系较近。【结论】人参属叶绿体基因组基因数目和顺序一致,基因组结构保守,重复序列数目和类型存在差异,单拷贝区核苷酸多态性高于IR区,正选择基因可能与物种的生态适应性有...     

中国古老月季‘月月粉’叶绿体基因组特征

‘月月粉’月季是蔷薇科蔷薇属植物,是中国古老月季品种之一,是现代月季的重要祖先.本研究基于‘月月粉’月季叶绿体基因组图谱,对其序列特征、SSR分子标记、核苷酸多态性及其在蔷薇属中的系统发育位置进行了分析.结果表明：‘月月粉’月季叶绿体基因组序列全长156 591 bp,具有非常典型的四分体结构,共有130个基因,包含86个蛋白编码基因、37个tRNA基因和8个rRNA基因,总GC含量为37.00%;‘月月粉’月季叶绿体基因组保守度极高,与其他4个近缘种‘大花香水’月季、单瓣月季、‘粉红香水’月季、‘亮叶’月季的序列有很好的共线性关系,且蛋白编码区域的保守度和相似度最高;‘月月粉’月季叶绿体基因组共有57个简单重复序列(SSR),且绝大多数是单核苷酸重复序列;‘月月粉’月季与单瓣月季的亲缘关系密切.本研究结果为后续蔷薇属的遗传多样性、遗传结构及系统发育研究提供了科学依据.     

睡莲属叶绿体基因组密码子偏好性及系统发育分析

睡莲属植物是具有重要的经济、药用和观赏价值的原始被子植物.分析其叶绿体基因组编码区密码子的使用特征,以22种睡莲的叶绿体基因组为研究对象,对睡莲叶绿体基因组密码子的偏好性及睡莲属植物间的进化关系进行了系统分析.结果表明,22种睡莲植物叶绿体基因组密码子适应指数(codon adaptation index,CAI)为0...     

桦木科叶绿体基因组密码子偏好性及系统发育分析

为分析桦木科叶绿体基因组编码区密码子的使用特征,利用CodonW1.4.2、Origin、SPSS25.0、 MEGA7.0软件和在线程序CUSP对50种桦木科植物叶绿体基因组密码子的偏好性及物种间的系统发育进行分析。结果表明,桦木科叶绿体基因组密码子适应指数（codon adaptation index,CAI）在0.163～0.166之间,平均0.165,有效密码子数（effective number of codon,ENC）范围在49.29～50.46之间,平均49.78,密码子偏好性弱。密码子不同位置的GC含量表现为GC1(45.4%)>GC2(37.4%)>GC3(29.7%),表明桦木科叶绿体密码子偏好于使用A/U结尾。ENC与密码子GC2、GC3及平均GC含量呈极显著正相关（P<0.01）。中性绘图、ENC-plot和PR2-plot分析表明,自然选择是桦木科叶绿体基因组密码子偏好性的主要影响因素。桦木科叶绿体基因组共有15个最优密码子,分别为CUC、CUG、AUC、GUC、GUG、GGG、UGC、CCA、ACG、GCC、CGA、CGG、CAG、GAG...     

柳叶芹叶绿体基因组组装与序列特征

以2020年5月31日采自黑龙江省伊春市的柳叶芹(Czernaevia laevigata turcz.)为试验材料,利用十六烷基三甲基溴化铵法(CTAB)提取基因组DNA,采用Illumina NovaSeq平台进行高通量测序,得到柳叶芹完整的叶绿体基因组序列,分析柳叶芹叶绿体基因组组装、序列特征、系统发育。结果表明：柳叶芹叶绿体基因组总长度146 161 bp,包括1个大单拷贝区长度为93 538 bp、1个小单拷贝区长度为17 779 bp,由2个反向重复序列分别分隔,每个反向重复序列为17 422 bp。对柳叶芹叶绿体全基因组共鉴定出133个基因。系统发育分析表明,柳叶芹与疏叶当归有密切的亲缘关系。柳叶芹的叶绿体基因组序列,为研究伞形科其他植物提供了较为详细、完善的资料,为该物种鉴定以及群体和个体水平的遗传差异分析提供了新的方法。     

紫菜薹叶绿体全基因组序列及其系统发育分析

紫菜薹（Brassica rapa var. purpuraria）是十字花科芸薹属白菜亚种中的一个变种,通过Illumina高通量测序平台,对其叶绿体基因组进行测序、组装和注释。结果表明,紫菜薹叶绿体基因组为典型的四分环状结构,大小为153 483 bp,GC含量为36.36%,由长度为83 282 bp的大单拷贝区（LSC）、17 775 bp的小单拷贝区（SSC）和1对各26 213 bp的反向重复区（IRa/IRb）组成。基因组注释共得到132个基因,包括：87个蛋白编码基因,37个tRNA和8个rRNA。共鉴定到313个简单重复序列（SSR）和37个散在重复序列。密码子偏好性分析发现存在偏好使用A/U碱基结尾的现象。边界分析和序列变异分析显示,芸薹属叶绿体基因组非常保守,其中SSC区差异性最大,变异程度最高,IR区差异性最小,最为保守。基于叶绿体基因组序列的系统发育分析表明,紫菜薹在分类上与白菜的其他变种在一个小分支中。研究结果可为芸薹属植物,特别是白菜种的分类学、系统学和生物地理学研究提供参考。     

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。     

木兰科叶绿体基因组的密码子使用特征分析

木兰科植物是具有重要经济、药用和观赏等价值的原始被子植物,密码子是基因编码区蛋白翻译的核心元件,分析基因组编码区密码子的使用特征,对基因功能和系统进化研究具有重要意义。目前木兰科植物已有29个物种的叶绿体基因组被成功解析和注释。收集已有的木兰科植物叶绿体基因组,系统解析叶绿体基因组编码区的密码子使用特征,并阐释了木兰科植物间的亲缘进化关系。结果表明,29种木兰科植物的叶绿体基因组编码区的同义密码子和最优密码子使用偏好相同,均以A/U结尾,自然选择是叶绿体编码区密码子偏好形成的主要原因。此外,基于29种木兰科植物叶绿体基因组、CDS序列以及密码子偏好特征RSCU值分别构建了系统进化树,分析发现,基于密码子偏好特征的物种间进化关系明显不同于前两者,而叶绿体基因组和CDS序列构建的进化关系更接近物种的真实分类,该结果也进一步支持了位点突变特征和非编码区序列在生物体的进化过程中往往具有重要的作用。     

木兰科叶绿体基因组的密码子使用特征分析

木兰科植物是具有重要经济、药用和观赏等价值的原始被子植物,密码子是基因编码区蛋白翻译的核心元件,分析基因组编码区密码子的使用特征,对基因功能和系统进化研究具有重要意义。目前木兰科植物已有29个物种的叶绿体基因组被成功解析和注释。收集已有的木兰科植物叶绿体基因组,系统解析叶绿体基因组编码区的密码子使用特征,并阐释了木兰科植物间的亲缘进化关系。结果表明,29种木兰科植物的叶绿体基因组编码区的同义密码子和最优密码子使用偏好相同,均以A/U结尾,自然选择是叶绿体编码区密码子偏好形成的主要原因。此外,基于29种木兰科植物叶绿体基因组、CDS序列以及密码子偏好特征RSCU值分别构建了系统进化树,分析发现,基于密码子偏好特征的物种间进化关系明显不同于前两者,而叶绿体基因组和CDS序列构建的进化关系更接近物种的真实分类,该结果也进一步支持了位点突变特征和非编码区序列在生物体的进化过程中往往具有重要的作用。     

北京杨柳科植物补志

北京地区共有杨柳科植物２７种、９变种、４变型，本文对新增补的１１种、４变种、１变型（其中５种、１变种为天然成分）予以报道，并编制了北京地区杨柳科植物分种检索表。     

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。     

畜禽基因组拷贝数变异的研究进展

拷贝数变异(Copy number variation,CNV)是一种重要的基因组结构变异,主要指从几kb到数个Mb范围内DNA的多态,包括片段插入、缺失、重复等,它是研究基因组进化和表型差异的重要因素。CNV最早在人类基因组上发现,近几年,在鼠、猪、牛等动物基因组上的研究也取得了明显成效。文章阐述了生物遗传变异的2种方式CNV和单核苷酸多态性,对CNV的形成机制和检测方法进行了分析,重点介绍了畜禽基因组CNV的研究现状,并就CNV未来的研究重点和需要解决的问题进行了展望。     

濒危红树植物莲叶桐叶绿体基因组及其系统进化

对濒危红树植物莲叶桐的叶绿体基因组及与其近缘物种之间的叶绿体基因组进行比较进化分析。结果表明,莲叶桐叶绿体基因组序列全长157 762 bp,包括1个大的单拷贝区(LSC)86 641 bp,1个小的单拷贝区(SSC)18 603 bp和2个反转重复区(IRs)26 260 bp。叶绿体基因组的GC含量为39.3%,含有133个基因,包括83个蛋白质编码基因、42个tRNA基因和8个rRNA基因。17个基因位于反转重复区,包括6个蛋白编码基因、7个tRNA和4个rRNA。登录号为:MG838431。通过最大似然法对16个双子叶植物（包含5个樟科植物、2个腊梅科植物、3个毛茛科植物、1个小檗科植物、1个报春花科植物、1个蔷薇科植物、1个桑科植物,1个安息香科植物以及莲叶桐）和1个外类群植物水稻的叶绿体基因组序列进行聚类分析,莲叶桐与樟科和腊梅科植物聚为一支。聚类结果将莲叶桐科划入樟目,更支持《中国高等植物图鉴》中分类方式。随后对莲叶桐及其近缘种叶绿体基因组进行了共线性分析,进一步验证了其叶绿体基因组之间具有高度保守性。研究结果为莲叶桐的系统进化提供了新的证据。     

紫薇属植物叶绿体基因组研究进展

紫薇属植物在全世界约有 60 种,已培育出 500 多个品种。紫薇属植物是优良的园林观赏植物, 除花色艳丽夺目外,还有净化空气的特性,在园林和园艺应用中具有重要价值。目前,由于紫薇属植物频繁的 种间杂交和基因渐渗,形态分类系统已不能满足紫薇属植物的遗传多样性研究。随着现代生物技术发展,基于 叶绿体基因组的研究在物种亲缘关系研究中表现出明显优势,从叶绿体基因组中发掘的 DNA 片段及简单重复序 列常用作植物分子标记,便于植物的鉴定与分类。迄今已完成 22 种紫薇属植物叶绿体基因组的全序列测定, 利用贝叶斯法分析了 22 种紫薇属植物的系统发育关系,得出 22 种紫薇属植物为单系群;并归纳得出紫薇属 叶绿体基因组大小约为 150 kbp,最大的 Lagerstroemia venusta 长度为 152 521 bp,最小的 L. guilinensis 长度为 151 968 bp,其中 LSC 区长度为 83~84 kbp,SSC 区长度约 16 kbp,IR 区约 25 kbp,叶绿体基因组中 GC 含量为 37.6%~37.7%。综述了紫薇属植物叶绿体基因组的结构及其在 DNA 条形码、简单重复序列与系统发育中的应用, 旨在了解紫薇属植物叶绿体全基因组的研究现状,提高对紫薇属在园林应用中的评价认识,为该属基于叶绿体 基因组的种质资源鉴定、遗传和系统发育等方面深入研究奠定基础,为培育更多应用于园林观光的紫薇属植物 提供数据支撑。     

杨柳科植物染色体数目及其进化的研究(英文)

本文报道了8种3变种2杂交种杨树的染色体数目,结果均为2n=38,其中3种1杂交种为首次报道。统计了277种杨柳科植物的染色体数目,分析了其可能的进化途径,初步结论如下:(1)现代杨柳科植物是一群具有多个染色体基数、处在不同倍性水平的多倍体系列;(2)其次生基数X_2=19,11,12和14,这些次生基数可能是古多倍体起源的;(3)杨柳科植物染色体的原始基数可能是X=6;(4)现代杨属和钻天柳属植物染色体数目的进化处在同一水平上,即古多倍体水平上;而柳属中大约50％的种进化为次生多倍体,最高为16倍体。绘出了杨柳科植物染色体进化谱,讨论了该科植物染色体基数进化的可能途径。