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。     

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、...     

朱蕉叶绿体基因组特征与系统发育分析

朱蕉(Cordyline fruticosa)是一种常见的园艺植物,广泛分布于亚洲、大洋洲、南美洲等热带地区.为了明确朱蕉叶绿体基因组特征,了解其系统发育地位,利用Illumina测序技术对其叶绿体基因组测序后,进行中线性绘图、ENC-plot、PR2-plot和SSR位点等相关数据的挖掘和分析.结果表明:朱蕉叶绿体基...     

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。     

濒危植物秀丽兜兰叶绿体基因组特征与系统发育分析

秀丽兜兰（Paphiopedilum venustum）具有较高的观赏价值和保护生物学价值,野外资源濒临灭绝,叶绿体基因组（cpDNA）具有基因组小、结构稳定、高度的保守性等优点被广泛用于植物系统发育和物种鉴定,了解秀丽兜兰的叶绿体基因组结构,对揭示兜兰属植物的系统进化关系具有重要意义。本研究通过二代高通量测序技术获得秀丽兜兰叶绿体全基因组序列,利用GeSeq、blast和hmmer软件对叶绿体基因组进行注释,采用MISA、CodonW、fasttree等生物信息学软件对其基因组结构、基因数目、序列重复、密码子偏好性和系统发育进行分析。结果表明：秀丽兜兰叶绿体基因组结构保守,具有典型的环状四分体结构,一对反向重复区（IRs）将大单拷贝区（LSC）和小单拷贝区（SSC）分开,全长158 298 bp,GC含量为35.4%,共注释得到129个基因,包括79个蛋白编码基因,38个tRNA基因、8个rRNA基因和4个假基因;检测到78个SSR位点,以单核苷酸重复和二核苷酸重复为主,分别占84.62%和10.26%,无五核苷酸重复,并且大多由A或T构成;确定了高频密码子32个,90.6%都以A或...     

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...     

‘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。     

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。     

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...     

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。     

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。     

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...     

Two Complete Mitochondrial Genomes From Leuctridae (Plecoptera: Nemouroidea): Implications for the Phylogenetic Relationships Among Stoneflies

The family-level relationships within Plecoptera have been a focused area of research for a long time. Its higher classification remains unstable, and the phylogenetic relationships within Plecoptera should be re-examined. Here, we sequenced and analyzed two complete mitochondrial genomes (mitogenomes) of Paraleuctra cercia and Perlomyia isobeae of the family Leuctridae. We reconstructed the phylogeny of Plecoptera based on 13 protein-coding genes (PCGs) from published stoneflies. Our results showed that the Bayesian inference and maximum-likelihood tree had similar topological structures except for the positions of two families, Peltoperlidae and Scopuridae. The Plecoptera is divided into two clades, the suborder Antarctoperlaria and the suborder Arctoperlaria. The two suborders subsequently formed two groups, Eusthenioidea and Gripopterygoidea, and Euholognatha and Systellognatha, which is consistent with the results of morphological studies. In addition, the Leuctridae is the earliest branch within the superfamily Nemouroidea. But the monophyly of Perloidea and Pteronarcyoidea are still not well supported.     

小麦属植物叶绿体基因组结构的比较分析

为了从叶绿体角度解析小麦属植物的起源进化关系,以14个小麦属植物叶绿体基因组为对象,利用比较基因组分析方法,比较了小麦属植物的叶绿体基因组基因含量、序列变异、结构特性、进化关系和RNA编辑的异同。结果发现,14个小麦属植物叶绿体基因组大小相近,结构特征比较保守,但基因数量存在一定的差异,主要是由于tRNA的数目不一致引起的;IR区的伸缩分析发现硬粒小麦和乌拉尔图小麦在IRb-SSC边界基因存在明显的差异,其他麦类作物间差异很小;基于叶绿体全基因组的系统进化分析发现,有AABB基因型的物种聚在一起,而AAGG型的单独为一支,基本反映了其系统进化关系;对这14个叶绿体基因组的RNA编辑位点进行了预测和比较分析,发现有35个编辑位点在所有小麦属物种中均发生,同时还鉴定到多个物种特异的编辑位点,为从RNA编辑角度解析小麦属植物的系统进化关系提供了重要数据。     

湖南益阳黑茶中桔青霉线粒体全基因组序列测定及分析

对黑茶中分离的一株桔青霉线粒体基因序列进行测定与分析,并探究其与近缘种微生物的系统发育关系。结果表明,桔青霉线粒体基因组是一条全长27β537βbp的环状DNA分子,共编码42个基因（15个蛋白质编码基因,2个rRNA,24个tRNA以及1个独立的ORF）,基因组碱基构成为：A（36.17%）、T（37.06%）、C（11.82%）、G（14.95%）。15个蛋白质编码基因均采用典型的ATG作为起始密码子、TAA或TAG作为终止密码子,基因排列顺序与已报道的青霉属物种相似,在进化上较为保守。蛋白质编码基因编码频率较高的氨基酸分别为Leu、Ile、Ser和Phe;RSCU频率最高的4个密码子依次是UUA、AUA、UUU和GGU。24个tRNA基因存在30处G-U错配,均可形成典型三叶草结构。系统发育分析结果表明,桔青霉分类地位上关系最密切是Penicillium ShG4C,其次是Penicillium polonicum与Penicillium nordicum。     

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。