2024-07-12
葉(xie)綠(lv)體(ti)作(zuo)為(wei)植(zhi)物細胞的重要組(zu)成(cheng)部分(fen)，其(qi)基因組(zu)的研究對于理解植(zhi)物的生(sheng)長、發育以及進化關系具(ju)有重要意義。近年來，隨著高通(tong)量(liang)測序(xu)技術的快速發展，葉(xie)綠(lv)體(ti)基因組(zu)的比(bi)較(jiao)分(fen)析已經成(cheng)為(wei)揭示(shi)植(zhi)物系統發育和(he)遺傳多樣性(xing)的重要手(shou)段。本期小派(pai)帶來兩篇關于葉(xie)綠(lv)體(ti)基因組(zu)研究的文獻，讓(rang)我(wo)們一同跟隨這些研究，探(tan)索植(zhi)物世(shi)界(jie)的奧秘(mi)，并期待(dai)未來更多突破性(xing)的發現(xian)，為(wei)植(zhi)物科學的發展注(zhu)入新的活力！
項(xiang)目(mu)文(wen)章(zhang)1 【IF=4.6】多功(gong)能藥用(yong)植物金盞花的葉(xie)綠體基因組分析與(yu)進化研究 文章題目：Chloroplast genome analysis and evolutionary insights in the versatile medicinal plant Calendula officinalis L. 發表(biao)期刊：scientific report 測(ce)序(xu)平臺：Illumina 分(fen)析(xi)內容：葉綠(lv)體(ti)基因組denovo測序、系統發育(yu)分(fen)析(xi)、分(fen)化時(shi)間分(fen)析(xi)、IR邊界區分(fen)析(xi)等 研究背景 金(jin)盞花（Calendula officinalis L.）是菊(ju)科金(jin)盞花屬的一年生(sheng)藥用草本植物，在各個領域(yu)都有廣泛的應用。然而，其(qi)(qi)葉綠(lv)(lv)體基因組(zu)結構(gou)特征(zheng)、系統發(fa)育關系以及進(jin)化和(he)突變模式仍知(zhi)之甚少。本研究通過對金(jin)盞花葉綠(lv)(lv)體基因組(zu)結構(gou)、進(jin)化關系等進(jin)行深入探(tan)討，揭示了其(qi)(qi)遺(yi)傳基礎(chu)和(he)進(jin)化歷程(cheng)，為(wei)進(jin)一步(bu)探(tan)究其(qi)(qi)遺(yi)傳多樣性和(he)藥用價值提供了基礎(chu)。 分析結果 金(jin)盞(zhan)花葉綠(lv)體基(ji)因組(zu)結(jie)構(gou)特征 金(jin)盞花(hua)葉(xie)綠(lv)體基因組長(chang)度為150,465 bp，由四個部分組成：83,056 bp的(de)大(da)單(dan)拷(kao)(kao)貝區（LSC）、17,911 bp的(de)小單(dan)拷(kao)(kao)貝區（SSC）以及兩個長(chang)度為24,749 bp的(de)反向重復區（IRs）。整個葉(xie)綠(lv)體的(de)G+C含(han)(han)量為37.75%，而(er)IRs區的(de)G+C含(han)(han)量為43.11%，高于LSC和(he)SSC區域（分別為35.84%和(he)31.81%）。 圖1 金盞花葉綠體基因組圖譜(pu)及覆蓋深度(du)圖 系統發育分析和分化時間估算 系統發育分(fen)析表明，C. officinalis 和(he) C. arvensis 聚到一(yi)個分(fen)枝并具有100%的(de)(de)支持(chi)率，C. officinalis、C. arvensis 和(he) O. ecklonis 的(de)(de)關(guan)系也非常密切，這與之(zhi)前的(de)(de)研究是一(yi)致的(de)(de)。此外(wai)，相對于前人的(de)(de)研究，本研究中(zhong)Crassocephalum crepidioides、Gynura japonica、Jacobaea vulgaris 和(he) Senecio vulgaris 與C. officinalis 的(de)(de)親緣(yuan)關(guan)系更近(jin)。 分化(hua)時間(jian)分析結果表明，C. officinalis分化(hua)發生(sheng)在大(da)約25萬(wan)年前(qian)，位(wei)于(yu)最近的(de)第(di)四紀。Calendula大(da)約起源于(yu)2.38 Mya，也(ye)處(chu)于(yu)第(di)四紀。此(ci)外，Calendula和Osteospermum的(de)共(gong)同祖先可以追(zhui)溯到大(da)約18.77 Mya，這(zhe)一分歧正好處(chu)于(yu)新(xin)(xin)近紀的(de)中新(xin)(xin)世時期，這(zhe)是一個以顯著的(de)環境(jing)和氣(qi)候變化(hua)為特征的(de)時代，可能影響了它們(men)的(de)進化(hua)途徑。 圖2 系(xi)統發育樹 圖3 分化(hua)時間(jian)樹 IR邊界區分析(xi) 為了進(jin)一步探索C. officinalis、C. arvensis 和(he)(he) O. ecklonis葉綠體基(ji)因(yin)組之間的(de)(de)細(xi)微進(jin)化差異，本研究對三個(ge)物種(zhong)的(de)(de)LSC、SSC和(he)(he)IR區(qu)域(yu)邊界(jie)進(jin)行了比較分析(xi)。結果顯示，三個(ge)物種(zhong)IR邊界(jie)區(qu)存(cun)在顯著的(de)(de)一致性。 其(qi)中(zhong)，JLA (LSC和(he)(he)IRa區(qu)域(yu)的(de)(de)交界(jie)處)附近的(de)(de)基(ji)因(yin)始終包括rpl2、rps19和(he)(he)rpl22。 另外，psbA、trnH和(he)(he)rpl22基(ji)因(yin)完(wan)全位于(yu)LSC區(qu)域(yu)，而兩個(ge)rpl2基(ji)因(yin)拷貝分別完(wan)全位于(yu)IRa和(he)(he)IRb內，ycf1基(ji)因(yin)跨越IRb和(he)(he)SSC區(qu)域(yu)，位于(yu)JSB交界(jie)處。 圖4 IR邊(bian)界區比較 本研究(jiu)對金盞(zhan)(zhan)花(hua)的(de)(de)(de)葉(xie)綠(lv)體基(ji)因(yin)(yin)組(zu)、系統(tong)發育關系、密碼(ma)子(zi)偏好性和(he)(he)分化時(shi)間(jian)進(jin)行全面分析，結果表明，這些金盞(zhan)(zhan)花(hua)、歐(ou)洲金盞(zhan)(zhan)花(hua)和(he)(he)南非萬壽菊之間(jian)存在密切(qie)的(de)(de)(de)進(jin)化關系，并且(qie)它們(men)在共(gong)同環境選擇壓力的(de)(de)(de)作用(yong)下發生了相似的(de)(de)(de)基(ji)因(yin)(yin)表達模式和(he)(he)遺(yi)傳變異。此外，該研究(jiu)還(huan)發現了某些特(te)定基(ji)因(yin)(yin)的(de)(de)(de)進(jin)化特(te)點，這可能與金盞(zhan)(zhan)花(hua)的(de)(de)(de)藥(yao)用(yong)價值有關。本研究(jiu)不僅提高了對金盞(zhan)(zhan)花(hua)基(ji)因(yin)(yin)組(zu)的(de)(de)(de)認識，還(huan)為探(tan)索其(qi)遺(yi)傳多樣性和(he)(he)挖掘其(qi)巨大(da)的(de)(de)(de)藥(yao)用(yong)潛力奠定了基(ji)礎。
項(xiang)目(mu)文章2 【IF=3.5】心葉駝絨藜葉綠體基因組比較分析及其系(xi)統(tong)發育關系(xi)研(yan)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(fen)析(xi)內容：葉(xie)綠體基因組denovo測(ce)序、mVISTA分(fen)析(xi)、IR邊(bian)界區分(fen)析(xi)、核苷酸多(duo)樣(yang)性分(fen)析(xi)、系統發育(yu)分(fen)析(xi)等 研究背(bei)景 心葉駝絨(rong)藜（Krascheninnikovia ewersmanniana）是(shi)一種多年生、強耐旱(han)的(de)(de)草本植(zhi)物(wu)，是(shi)中國(guo)新疆荒漠區(qu)的(de)(de)優勢植(zhi)物(wu)，具(ju)有極(ji)高的(de)(de)經濟和(he)生態(tai)價(jia)值。然而(er)，尚無關于K. ewersmanniana遺傳多樣性、系統(tong)演化的(de)(de)深入研(yan)究(jiu)。本研(yan)究(jiu)利用K. ewersmanniana 的(de)(de)葉綠體(ti)基因(yin)組探(tan)究(jiu)莧科(ke)植(zhi)物(wu)的(de)(de)系統(tong)發育(yu)關系，為(wei)莧科(ke)植(zhi)物(wu)的(de)(de)定(ding)(ding)地(di)定(ding)(ding)位、分類以(yi)及資源利用奠定(ding)(ding)理(li)論基礎。 分析(xi)結(jie)果 K. ewersmanniana葉綠體(ti)基因組結構特征(zheng) K. ewersmanniana葉綠體基(ji)因(yin)組(zu)由四個部分（SSC、IRa、LSC和IRb）組(zu)成，呈(cheng)現出獨特的雙鏈環狀(zhuang)結構，基(ji)因(yin)組(zu)大小為(wei)152,287 bp。IR、SSC和LSC序(xu)列(lie)的長度(du)分別為(wei)49,182、19,007和84,098 bp。IR、SSC和LSC區(qu)域(yu)的GC水(shui)平分別為(wei)41.99%、30.58%和34.74%。 圖(tu)(tu)1 K. ewersmanniana葉綠(lv)體基因組圖(tu)(tu)譜(pu) 七種莧科植物葉綠體基因組比較(jiao)分析 7個(ge)(ge)莧科植物葉綠體(ti)基因(yin)(yin)(yin)組進行(xing)比較分析，IR邊界(jie)區(qu)(qu)(qu)比較結(jie)果表明(ming)K. ewersmanniana的(de)(de)葉綠體(ti)基因(yin)(yin)(yin)組結(jie)構(gou)高(gao)度(du)保守，只(zhi)有IR邊界(jie)區(qu)(qu)(qu)域(yu)的(de)(de)結(jie)構(gou)發生變(bian)化。其(qi)中(zhong)，位于(yu)邊界(jie)區(qu)(qu)(qu)的(de)(de)rps19，ndhF，ycf1，psbA和trnH等基因(yin)(yin)(yin)均發生收縮(suo)或擴(kuo)張(zhang)。葉綠體(ti)全(quan)基因(yin)(yin)(yin)組序(xu)列(lie)比對結(jie)果表明(ming)，7個(ge)(ge)物種序(xu)列(lie)相(xiang)似，但是非編(bian)碼區(qu)(qu)(qu)變(bian)異程度(du)顯(xian)著高(gao)于(yu)編(bian)碼區(qu)(qu)(qu)，高(gao)度(du)變(bian)異的(de)(de)基因(yin)(yin)(yin)間區(qu)(qu)(qu)包括(kuo) psbA-trnK-UUU、rps2-rpoC2 、 atpI-atpF、rpl32-ccsn和 dhB-tmL-CAA。兩(liang)個(ge)(ge)K. ewersmanniana的(de)(de)核苷酸(suan)多樣性(xing)分析鑒定出(chu)三個(ge)(ge)高(gao)度(du)可變(bian)的(de)(de)區(qu)(qu)(qu)域(yu)，包括(kuo)psaJ、psbK和rps19。 圖2 葉綠(lv)體基因組(zu)比較分析 系統發育分析(xi) 系(xi)統發育分析結果(guo)顯示，Chenopodium、Atriplex和(he)Beta的16個(ge)物(wu)種聚(ju)為一支(zhi)(zhi)，Salicornis、Suaeda、Bassia和(he)Salsola的10個(ge)物(wu)種聚(ju)為一支(zhi)(zhi)，Ostosia、Celosia和(he)Amaranth的9個(ge)物(wu)種聚(ju)為另(ling)一組。其中(zhong)(zhong)，K. ewersmanniana和(he)K. ceratoides形成一個(ge)獨立的分支(zhi)(zhi)，與Dysphania和(he)Beta兩個(ge)分支(zhi)(zhi)關系(xi)較近(jin)(jin)。這些分支(zhi)(zhi)位于系(xi)統發育樹的頂(ding)部，是35個(ge)莧科物(wu)種中(zhong)(zhong)最(zui)近(jin)(jin)期分離(li)出來的群(qun)體。 圖3 系統發育樹(shu) 本研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)首次組裝了(le)(le)廣泛分布于新(xin)疆荒漠中的(de)K. ewersmanniana的(de)葉綠體(ti)基因組，該物(wu)種具有重要的(de)生態和(he)經濟價值。這項(xiang)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)不僅豐富了(le)(le)這一物(wu)種現有的(de)分子生物(wu)學(xue)數據，而且擴(kuo)大(da)了(le)(le)可(ke)利用的(de)基因組資源。此外，本研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)報道(dao)了(le)(le)K. ewersmanniana與(yu)莧(xian)科(ke)其(qi)他物(wu)種之間的(de)進化關(guan)系(xi)(xi)。系(xi)(xi)統(tong)發育樹分析結果表明，K. ewersmanniana, K. ceratoides, D. ambrosioids, D. pumilio和(he)D. botrys構成一個密切相(xiang)關(guan)的(de)單系(xi)(xi)群。本研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)所獲得(de)的(de)系(xi)(xi)統(tong)發育見解(jie)有助(zhu)于解(jie)決未來與(yu)K. ewersmanniana相(xiang)關(guan)的(de)分類和(he)命名(ming)挑戰(zhan)，還(huan)為(wei)今后對K. ewersmanniana種群遺(yi)傳(chuan)多樣性及(ji)可(ke)持(chi)續利用的(de)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)提供了(le)(le)科(ke)學(xue)依據。 如需(xu)進一步討論，歡迎發郵件(jian)或者致電(dian)我們喲（郵箱地址：microsupport@doudin.cn，聯系(xi)電(dian)話(hua)：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.、
