荇菜属和睡菜属（睡菜科）的叶绿体基因组比较分析

发布时间：2020-07-10 21:41

【摘要】：睡菜科(Menyanthaceae)包含 6 个属(Nephrophyllidium,Nymphoides,Liparophyllum,Menyanthes,Ornduffia和Villarsia),本科具有复杂多变的叶型及花部特征,导致该科在分类及系统发育上一直存在争议。与此同时,本科还常具有异型花柱,同型花柱及雌雄异株等多种类型,并广泛分布于世界各地。荇菜属(Nymphoides)为本科最大的属,包含约30种,而睡菜属(Menyanthes)是单种属。为了为睡菜科的系统进化与发育研究提供可利用的分子标记,我们采用高通量测序技术对来自荇菜属中6个代表性物和睡菜属的1个种进行了叶绿体全基因组测序并进行了叶绿体全基因组的比较分析,结果如下:(1)在我们所研究的材料中,叶绿体基因组的大小范围从N.coronata的151,985 bp到M trifoliata的154,313 bp。大的单拷贝(LSC),小的单拷贝(SSC)和反向重复区域(IR)的长度与大多数已报道的被子植物相似。睡菜科叶绿体基因组具有典型的四段结构,在基因组结构和基因顺序上也很保守。7种睡菜科物种的叶绿体基因组大小共编码112至113个基因,包括79至80个蛋白质编码基因,29个转移RNA(tRNA)和4个核糖体RNA(rRNA),17个基因在睡菜科植物叶绿体基因在的重复区,荇菜属叶绿体基因在的重复区有18个基因。(2)对叶绿体基因组的比较分析表明,荇菜属物种已失去rpl2内含子,并且该科中可能在早期就存在rpl2内含子丢失。我们进一步对菊目代表植物的70个共有的蛋白质编码基因进行了系统发育分析,结果显示睡菜科分为两枝并具有较高的支持度,荇菜属为单系并与睡菜属关系密切。叶绿体基因的共线性,顺序和结构在科内具有相似的模式,尤其是小单拷贝(SSC)区域,其在睡菜科的基因顺序和基因序列都是高度保守的。叶绿体基因组中总GC含量为37.1%,其中重复区(42.9%)略高于LSC(35.2%)和SSC区域(31%)。大多数边界区相似,除了N.crenata,其基因ndhF和ψycf1之间存在2bp的重叠,另外,睡菜属存在rpl2基因,而荇菜属中其内含子丢失。(3)在研究的所有叶绿体基因组中,30个密码子具有相对同义密码子使用RSCU1(更高的偏好),29个密码子具有RSCU1(低偏好)大多数RNA编辑位点是从丝氨酸变为亮氨酸。在对突变区分析中发现,在编码区域中ccsA,rpl22,matK和rps16中具有最大(Pi)的核苷酸多样性trnK-UUU-rps16,trnG-GCC-trnR-UCU中的基因(Pi),基因间隔区trnK-UUU-rps16,trnG-GCC-trnR-UCU,accD-psaI,psbK-psbI,trnH-psbA,and rpl32-trnL-UAG 具有较高的核苷酸多态性。重复序列分析中,我们发现回文序及正向重复为主要重复类型。与其他已报道的被子植物一样的简单序列重复序列在叶绿体基因组中以A/T重复最多。本研究首次报道了睡菜科叶绿体基因组的结构特征及序列特点,开发了分子标记,为后续该科的系统发育基因组学研究提供了参考叶绿体基因组和可以利用的分子标记。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院武汉植物园)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q943.2

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