2024-07-12
葉綠體作為植物細胞的重要組成部分，其基因組的研究對于理解植物的生長、發育以及進化關系具有重要意義。近年來，隨著高通量測序技術的快速發展，葉綠體基因組的比較分析已經成為揭示植物系統發育和遺傳多樣性的重要手段。本期小派帶來兩篇關于葉綠體基因組研究的文獻，讓我們一同跟隨這些研究，探索植物世界的奧秘，并期待未來更多突破性的發現，為植物科學的發展注入新的活力！
項目文章1 【IF=4.6】多功能藥用植物金盞花的葉綠體基因組分析與進化研究 文章題目：Chloroplast genome analysis and evolutionary insights in the versatile medicinal plant Calendula officinalis L. 發表期刊：scientific report 測序平臺：Illumina 分析內容：葉綠體基因組denovo測序、系統發育分析、分化時間分析、IR邊界區分析等 研究背景 金盞花（Calendula officinalis L.）是菊科金盞花屬的一年生藥用草本植物，在各個領域都有廣泛的應用。然而，其葉綠體基因組結構特征、系統發育關系以及進化和突變模式仍知之甚少。本研究通過對金盞花葉綠體基因組結構、進化關系等進行深入探討，揭示了其遺傳基礎和進化歷程，為進一步探究其遺傳多樣性和藥用價值提供了基礎。 分析結果 金盞花葉綠體基因組結構特征 金盞花葉綠體基因組長度為150,465 bp，由四個部分組成：83,056 bp的大單拷貝區（LSC）、17,911 bp的小單拷貝區（SSC）以及兩個長度為24,749 bp的反向重復區（IRs）。整個葉綠體的G+C含量為37.75%，而IRs區的G+C含量為43.11%，高于LSC和SSC區域（分別為35.84%和31.81%）。 圖1 金盞花葉綠體基因組圖譜及覆蓋深度圖 系統發育分析和分化時間估算 系統發育分析表明，C. officinalis 和 C. arvensis 聚到一個分枝并具有100%的支持率，C. officinalis、C. arvensis 和 O. ecklonis 的關系也非常密切，這與之前的研究是一致的。此外，相對于前人的研究，本研究中Crassocephalum crepidioides、Gynura japonica、Jacobaea vulgaris 和 Senecio vulgaris 與C. officinalis 的親緣關系更近。 分化時間分析結果表明，C. officinalis分化發生在大約25萬年前，位于最近的第四紀。Calendula大約起源于2.38 Mya，也處于第四紀。此外，Calendula和Osteospermum的共同祖先可以追溯到大約18.77 Mya，這一分歧正好處于新近紀的中新世時期，這是一個以顯著的環境和氣候變化為特征的時代，可能影響了它們的進化途徑。 圖2 系統發育樹 圖3 分化時間樹 IR邊界區分析 為了進一步探索C. officinalis、C. arvensis 和 O. ecklonis葉綠體基因組之間的細微進化差異，本研究對三個物種的LSC、SSC和IR區域邊界進行了比較分析。結果顯示，三個物種IR邊界區存在顯著的一致性。 其中，JLA (LSC和IRa區域的交界處)附近的基因始終包括rpl2、rps19和rpl22。 另外，psbA、trnH和rpl22基因完全位于LSC區域，而兩個rpl2基因拷貝分別完全位于IRa和IRb內，ycf1基因跨越IRb和SSC區域，位于JSB交界處。 圖4 IR邊界區比較 本研究對金盞花的葉綠體基因組、系統發育關系、密碼子偏好性和分化時間進行全面分析，結果表明，這些金盞花、歐洲金盞花和南非萬壽菊之間存在密切的進化關系，并且它們在共同環境選擇壓力的作用下發生了相似的基因表達模式和遺傳變異。此外，該研究還發現了某些特定基因的進化特點，這可能與金盞花的藥用價值有關。本研究不僅提高了對金盞花基因組的認識，還為探索其遺傳多樣性和挖掘其巨大的藥用潛力奠定了基礎。
項目文章2 【IF=3.5】心葉駝絨藜葉綠體基因組比較分析及其系統發育關系研究 文章題目：Complete Chloroplast Genome of Krascheninnikovia ewersmanniana: Comparative and Phylogenetic Analysis. 發表期刊：genes 測序平臺：Illumina 分析內容：葉綠體基因組denovo測序、mVISTA分析、IR邊界區分析、核苷酸多樣性分析、系統發育分析等 研究背景 心葉駝絨藜（Krascheninnikovia ewersmanniana）是一種多年生、強耐旱的草本植物，是中國新疆荒漠區的優勢植物，具有極高的經濟和生態價值。然而，尚無關于K. ewersmanniana遺傳多樣性、系統演化的深入研究。本研究利用K. ewersmanniana 的葉綠體基因組探究莧科植物的系統發育關系，為莧科植物的定地定位、分類以及資源利用奠定理論基礎。 分析結果 K. ewersmanniana葉綠體基因組結構特征 K. ewersmanniana葉綠體基因組由四個部分（SSC、IRa、LSC和IRb）組成，呈現出獨特的雙鏈環狀結構，基因組大小為152,287 bp。IR、SSC和LSC序列的長度分別為49,182、19,007和84,098 bp。IR、SSC和LSC區域的GC水平分別為41.99%、30.58%和34.74%。 圖1 K. ewersmanniana葉綠體基因組圖譜 七種莧科植物葉綠體基因組比較分析 7個莧科植物葉綠體基因組進行比較分析，IR邊界區比較結果表明K. ewersmanniana的葉綠體基因組結構高度保守，只有IR邊界區域的結構發生變化。其中，位于邊界區的rps19，ndhF，ycf1，psbA和trnH等基因均發生收縮或擴張。葉綠體全基因組序列比對結果表明，7個物種序列相似，但是非編碼區變異程度顯著高于編碼區，高度變異的基因間區包括 psbA-trnK-UUU、rps2-rpoC2 、 atpI-atpF、rpl32-ccsn和 dhB-tmL-CAA。兩個K. ewersmanniana的核苷酸多樣性分析鑒定出三個高度可變的區域，包括psaJ、psbK和rps19。 圖2 葉綠體基因組比較分析 系統發育分析 系統發育分析結果顯示，Chenopodium、Atriplex和Beta的16個物種聚為一支，Salicornis、Suaeda、Bassia和Salsola的10個物種聚為一支，Ostosia、Celosia和Amaranth的9個物種聚為另一組。其中，K. ewersmanniana和K. ceratoides形成一個獨立的分支，與Dysphania和Beta兩個分支關系較近。這些分支位于系統發育樹的頂部，是35個莧科物種中最近期分離出來的群體。 圖3 系統發育樹 本研究首次組裝了廣泛分布于新疆荒漠中的K. ewersmanniana的葉綠體基因組，該物種具有重要的生態和經濟價值。這項研究不僅豐富了這一物種現有的分子生物學數據，而且擴大了可利用的基因組資源。此外，本研究報道了K. ewersmanniana與莧科其他物種之間的進化關系。系統發育樹分析結果表明，K. ewersmanniana, K. ceratoides, D. ambrosioids, D. pumilio和D. botrys構成一個密切相關的單系群。本研究所獲得的系統發育見解有助于解決未來與K. ewersmanniana相關的分類和命名挑戰，還為今后對K. ewersmanniana種群遺傳多樣性及可持續利用的研究提供了科學依據。 如需進一步討論，歡迎發郵件或者致電我們喲（郵箱地址：[email protected]，聯系電話：021-80118168-8617）！
文獻： [1]Zhang N, Huang K, Xie P, Deng A, Tang X, Jiang M, Mo P, Yin H, Huang R, Liang J, He F, Liu Y, Hu H, Wang Y. Chloroplast genome analysis and evolutionary insights in the versatile medicinal plant Calendula officinalis L. Sci Rep. 2024 Apr 26;14(1):9662. [2]Wei P, Li Y, Ke M, Hou Y, Aikebaier A, Wu Z. Complete Chloroplast Genome of Krascheninnikovia ewersmanniana: Comparative and Phylogenetic Analysis. Genes (Basel). 2024 Apr 25;15(5):546.、
