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。     

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...     

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。     

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.     

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。     

杨柳科植物叶绿体基因组结构及变异分析

【目的】获取杨柳科叶绿体基因组的结构及序列特征,揭示杨柳科植物的系统发育关系。【方法】利用Excel和本地Blast,分析统计杨柳科已公布的23种植物叶绿体基因组大小、结构组成、基因数量、排列顺序及内含子等信息;同时基于55个共有单拷贝蛋白编码基因,采用NJ法进行系统发育分析。【结果】杨柳科23种植物叶绿体基因组大小在155～159 kb,主要由大单拷贝区(LSC)长度差异引起。各物种基因排列顺序基本一致,均为2个IRs和2个SCs的典型四元组合结构,4个边界主要位于rpl22、ycf1、rps19基因处。psbZ、ycf15、lhbA、infA、trnK、trnG、trnL、trnV、trnI、trnA等基因存在缺失现象,引起基因数量差异。内含子在细胞色素复合物(petB)基因、RNA聚合酶(rpoC2)基因和核糖体蛋白(rpl2)基因等内发生结构变异,引起基因长度差异。系统进化分析结果表明,杨树聚类为4个高支持率进化支,钻天柳等7种柳树分为2个进化支。【结论】叶绿体基因组支持杨属、柳属独立进化,为杨柳科系统分类和系统发育提供了分子证据。     

大旗瓣凤仙花与瑶山凤仙花叶绿体全基因组比较及系统发育分析

【目的】比较大旗瓣凤仙花和瑶山凤仙花的叶绿体全基因组序列,并分析凤仙花属20个物种的系统发育情况及遗传进化关系,为证实这两个分类群的早期植物学分类及其种质资源利用和遗传改良提供理论依据。【方法】基于BGISEQ-500测序平台,对大旗瓣凤仙花和瑶山凤仙花叶绿体基因组进行测序,利用Fastp软件和NOVOPlasty v.2.6.2程序对叶绿体基因组进行组装。利用CpGAVAS在线工具对叶绿体基因组序列进行注释,并使用MAFFT v.7.0、CAIcal、REPuter、MISA和FastTree等生物信息学软件进行序列比对、密码子偏性分析、重复序列定位及简单重复序列(SSRs)和系统发育分析。【结果】大旗瓣凤仙花和瑶山凤仙花叶绿体基因组长度分别为152437和152286 bp,GC含量分别为36.77%和36.80%;其中大单拷贝(LSC)区分别为83331和83212 bp,小单拷贝(SSC)区分别为17376和17312 bp,反向重复区(IRa和IRb)分别为25865和25881 bp。大旗瓣凤仙花和瑶山凤仙花叶绿体基因组均包含88个蛋白编码基因、8个rRNA基因和37个t RNA基因,且无假基因。系统发育分析结果表明,凤仙花属内的物种分类与基于系统形态学分析的早期植物学分类一致;虽然大旗瓣凤仙花和瑶山凤仙花叶绿体基因组非常接近,但二者为不同的凤仙花属种类,而不是早期形态分类学上的两个亚种水平。【结论】大旗瓣凤仙花和瑶山凤仙花为2个独立的凤仙花属种类,二者叶绿体基因组发生部分遗传变异,鉴定出的SSRs位点可用于物种鉴定和群体遗传学研究。     

油茶闽43叶绿体基因组序列特征及其近缘物种亲缘关系分析

为了探究油茶闽43与山茶属近缘物种间叶绿体基因组的差异以及进化关系,利用基因组学分析方法,对油茶闽43与其他近缘山茶属物种叶绿体基因组进行比较分析。叶绿体基因组结构特征分析结果显示：9种山茶属物种的叶绿体基因组大小为156 902～157 567 bp,有130～136个基因。REPuter分析发现,这9种山茶属物种的长重复序列类型均为P和F,通过MISA软件确定9种山茶属物种的SSR数量为52～71个,其中闽43的SSR数量为65个。通过IR边界分析,白毛茶和油茶闽43与其他3种属内物种的边界基因有较为明显差异,同时通过核苷酸多态性分析,检测出叶绿体基因组共有5个高变区,分别为psbK～atpA、rpoB～psbD、rps4～ndhJ、ycf1、ndhF～rps12～exon1。并从系统发育树的结果得出,油茶闽43与落瓣油茶的亲缘关系最近。该研究可为普通油茶种群遗传结构提供基础,为提高普通油茶的产油量以及优良品种的选育提供理论依据。     

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。     

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】...     

叶绿体基因组的转化研究

叶绿体基因组的转化研究日益为人们认识并重视,成为细胞遗传工程研究的新方向.转化的筛选标记基因主要有四种:突变型16S rRNA基因、NPT II基因、荧光标记基因、aadA基因.本文着重介绍了叶绿体转化中载体导入的方法、转化后的同质化和叶绿体转化的优点.     

黄丹木姜子叶绿体基因组特征分析

【目的】分析黄丹木姜子（Litsea elongata）叶绿体基因组特征,为木姜子属物种鉴定、遗传多样性分析和资源保护提供理论参考。【方法】基于Illumina HiSeq 2000高通量测序平台对黄丹木姜子叶绿体基因组进行测序,利用GeSeq在线工具对叶绿体基因组进行注释,并利用REPuter、MISA、CodonW和IQ-TREE等生物信息学软件对其基因组结构、基因数目、序列重复、密码子使用偏性和系统发育进行分析。【结果】黄丹木姜子叶绿体基因组全长为154028 bp,具有典型的四分结构,编码126个基因,其中蛋白编码基因82个,rRNA基因 8个,tRNA基因 36个。叶绿体基因组的注释基因中,有9个基因含1个内含子,有3个基因含有2个内含子,其余基因均不含内含子;44个基因编码蛋白参与光合作用信号途径,21个基因编码蛋白构成了核糖体大小亚基。黄丹木姜子叶绿体基因组含有32对长序列重复和90个SSR位点,其中,正向重复和回文重复最多,均为12对,反向重复和互补重复分别为6和2对;95.56%的SSR位点位于单拷贝区［大单拷贝区（LSC）和小单拷贝区（SSC）］,仅4.44%的SSR位点位于反向重复区（IR）。黄丹木姜子叶绿体蛋白编码基因GC含量为39.14%,GC3s为27.95%,平均有效密码子数（ENC）为49.04,说明其密码子偏性弱;相对同义密码子使用度（RSCU）大于1.00的密码子31个,其中13个以A结尾,16个以U（T）结尾。系统发育进化树分析结果显示,木姜子属的14个物种聚为两组,其中黄丹木姜子和10种木姜子属植物聚在一个组,与日本木姜子的亲缘关系最近。【结论】黄丹木姜子叶绿体基因组结构保守,偏好A或U（T）结尾的密码子,鉴定的SSR位点可用于物种鉴定和群体遗传学研究。     

叶菜型甘薯叶绿体基因组及其特征分析

为探明叶菜型甘薯叶绿体基因组特征及其与番薯属植物的亲缘关系,以叶菜型甘薯‘福菜薯18号’为试验材料,利用BGISEQ-500平台和Oxford Nanopore Technologies单分子测序技术对全基因组进行建库测序,并组装其叶绿体基因组.结果显示：叶菜型甘薯叶绿体基因组全长161 387 bp,具有典型的环状四分体结构,其大单拷贝区(large single copy, LSC)、小单拷贝区(small single copy, SSC)和2个反向重复序列(inverted repeat, IR)的长度分别为87 597, 12 052和30 869 bp.注释共得到132个基因,包含87个蛋白编码基因,8个rRNA基因,37个tRNA基因.在叶菜型甘薯叶绿体基因组中共搜索到54个SSR位点,其中单核苷酸、二核苷酸、三核苷酸、四核苷酸、五核苷酸和六核苷酸重复基序个数分别为32, 4, 3, 11, 2和2个.系统进化分析表明,叶菜型甘薯与甘薯四倍体野生种Ipomoea tabascana和二倍体野生种Ipomoea trifida具有较近的亲缘关系.     

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...     

黄皮叶绿体基因组测序与分析

[目的]分析黄皮[Clausena lansium(Lour.)Skeels)]叶绿体基因组,为黄皮属不同种或品种的进化、杂交、演变,以及黄皮不同品种的鉴定等提供技术支持。[方法]使用试剂盒提取了黄皮的叶绿体DNA,通过测序、组装、注释获得了黄皮叶绿体基因组。[结果]黄皮叶绿体基因组全长159 283 bp,其中反相重复序列区(IRs)长53 998 bp,大单拷贝序列区(LSC)和小单拷贝序列区(SSC)长度分别为87 301、 17 983 bp,共注释126个基因,包括编码蛋白基因89个,tRNA基因29个和rRNA基因8个。黄皮叶绿体基因组全序列GC含量38.7%。对5种芸香科果树的全长序列、SSC、LSC、 IRA、 IRB进行比较分析发现,假黄皮的叶绿体全长序列、LSC、IRA、IRB区域的长度较其他4种果树长,柠檬的SSC区域长度最长,黄皮的全长序列和SSC区域长度最短。黄皮叶绿体的基因数目和编码蛋白数目较其他4种果树多。对20种园艺植物的叶绿体基因组进行分析发现,同一科下面的不同属植物或同一属下面的不同种更容易聚为一类。[结论]该研究丰富了热带果树的叶绿体基因组数据库,为种质资源的合理开发利用提供了依据。     

贝母属植物叶绿体基因组结构与系统发育的关系

贝母属植物形态相似,难以区分。通过对叶绿体基因组进行分析,可以为贝母属植物的系统发育、分子鉴定和开发利用提供理论依据。我们基于已发表的贝母属物种的叶绿体基因组序列,利用相关生物信息学方法对其叶绿体基因组进行分析。结果显示,贝母属29个物种叶绿体基因组大小在151058～152434 bp。基因数量为128～133个,r RNA编码基因数目稳定,蛋白质编码基因和t RNA编码基因存在差异。四分区分析发现,IRb/SSC边界存在明显差异。串联重复和单核苷酸重复含量最丰富。共线性分析未检测到基因重排,其叶绿体基因组高度保守。基于叶绿体基因组的系统发育分析表明,贝母属植物分为4个主要分支。对贝母叶绿体基因组进行核苷酸多态性分析,发现IR比单拷贝区更保守,非编码区的突变频率比编码区高。     

绣球叶绿体全基因组特征与差异分析

以绣球栽培品种‘无尽夏’为研究材料,提取成熟叶片总DNA,采用高通量测序方法进行测序,经过序列拼接和验证组装出绣球叶绿体全基因组序列。以粗齿绣球为参考进行基因组注释,结合绣球属其他种叶绿体基因组序列进行序列结构特征、SNP/Indel和系统演化分析。结果表明：经过测序组装后获得的绣球叶绿体基因组全长为157 641 bp,GC含量为37.9%,共注释到133个基因,其中有88个编码基因,8个核糖体RNAs基因,37个转运RNAs基因;共存在918个SNP位点和172个Indel位点,大于10 bp的Indel位点具备开发绣球物种条形码的潜力。系统演化分析显示,绣球与粗齿绣球形成一个分支后又与马桑绣球、常山、H.luteovenosa形成一个单独的类群,此类群与其他绣球属植物明显处于不同分支。     

灵芝属真菌线粒体基因组特征及进化

【目的】分析灵芝属（Ganoderma）真菌的线粒体基因组特征及进化,为灵芝属物种分类、分子进化和系统发育分析提供理论依据。【方法】基于灵芝属真菌15个线粒体基因组序列,利用MEGA X、MISA、mVISTA、MAFFT、DnaSP、PAML X和IQ-TREE等生物信息学软件对基因组特征、序列多态性、简单重复序列（SSR）、基因进化和系统发育进行分析。【结果】灵芝属真菌线粒体基因组全长为50603~124588 bp,GC含量为25.4%~27.3%,含有15个保守的蛋白编码基因（PCG）、2个rRNA基因和25~29个tRNA基因。SSR主要由AT构成,单核苷酸重复类型比例最高,其次为三核苷酸重复和四核苷酸重复。种间线粒体基因组序列差异较大,非编码区的变异水平高于编码区,nad6、nad3和cob基因编码序列的变异度较高,内含子长度与线粒体基因组大小呈显著正相关。15个保守的线粒体蛋白编码基因主要受纯化选择影响,其中cob、cox1和nad2基因含有正选择位点。基因编码偏好A/T含量高的密码子,27个高频密码子中,13个以A结尾,14个以T结尾。系统发育分析结果显示,灵芝属真菌主要分为2个聚类组,其中紫芝、狭长孢灵芝和G.wiiroense聚为一组;喜热灵芝、白肉灵芝和铁杉灵芝聚成一支,与树舌灵芝、梅氏灵芝、四川灵芝和亮盖灵芝构成姊妹类群,共同构成另一组。【结论】灵芝属真菌的线粒体基因组在进化过程中发生明显的遗传变异,基因组长度主要与内含子插入和删除有关,蛋白编码基因密码子使用偏性强。