毛茛科植物叶绿体基因组结构变异及系统发育分析
发布时间：2021-07-18 07:34
为了探究毛茛科植物的叶绿体基因组结构变异模式和属间系统发育关系,本研究利用生物信息学方法对NCBI上获取的毛茛科30个属33个物种叶绿体基因组结构变异进行了分析,同时以小檗科的大叶小檗Berberis amurensis Rupr.和Berberis aristate DC.为外类群,基于叶绿体基因组72个蛋白编码序列（coding sequence, CDS）和4个核糖体RNA （rRNA）序列利用Maximum likelihood （ML）法构建了毛茛科的系统发育树。结果显示,33个物种叶绿体基因组均为四分体结构,全基因组大小在151～164 kb左右;基因顺序和基因组结构出现一定的变异:在长瓣铁线莲（Clematis macropetala Ledeb.）、大火草（Anemone tomentosa （Maxim.）Pei）等8个物种中发现5种不同长度的倒位现象,其中铁线莲属（Clematis L.） 3个物种中同时检测到移位现象,10个基因（trnT-UGU, trnH-GUG, trnE-UUC, trnG-UCC, ycf15, rps16, rpl32, rpl16, ...
【文章来源】：分子植物育种. 2020,18(21)北大核心CSCD
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
利用m VISTA对毛茛科33个物种叶绿体基因组比对
毛茛科植物叶绿体基因组均为典型的四分体结构，由1个大单拷贝区、1个小单拷贝区和2个反向重复区组成，符合大部分被子植物叶绿体基因组的结构特征。整个叶绿体基因组相对保守，最大长度差异约13 kb，通过对比发现(表1),4个区域长度差异最大的为LSC区，长度差异约11 kb，因此推测LSC区域长度的差异是引起整个叶绿体基因组长度差异的主要原因。IR区域通过反向重复的两个拷贝之间的分子内重组来促进基因组其余部分的稳定性，因此限制了两个单拷贝区域之间的重组(Palmer et al.,1987)。与天竺葵属(Chumley et al.,2006)和豌豆(Saski et al.,2005)相比，毛茛科植物IR区不存在大片段缺失、插入和丢失的现象，且所有序列两个IR区域长度均一致。毛茛科植物叶绿体基因组中共包含110～120个基因；其中r RNA数目最为保守，均为4个；t RNA的数目相对保守，大部分物种的t RNA数目为30个，银莲花族5个物种出现trn T-UGU基因的缺失；CDS的数目是引起叶绿体基因组基因数目差异的主要原因，inf A、rpl32、rps7和rps16基因在至少一个物种中检测到缺失，rpl32和inf A也曾被报道转移到细胞核中(Millen et al.,2001;Ueda et al.,2007),clp P基因在天葵等2个物种中为2个拷贝，其余物种均为1个拷贝，这与Zhai等(2019)的研究结果一致；但是本研究还在至少一个物种发现trn H-GUG、trn G-UCC和rpl16的缺失，trn G-GCC、trn I-CAU和trn N-GUU存在多拷贝现象；ycf15基因仅在紫乌头等3个物种中检测到，其余物种均缺失。
毛茛科整个叶绿体基因组相对比较保守，所包含的不同区域的保守程度略有差异。IR区域相较于SSC和LSC区域更加保守，SSC区相较于LSC区更加保守，编码区域相较于非编码区域更加保守，主要的变异位点多分布在基因间隔区。IR区域的扩张和收缩是叶绿体基因组普遍存在的进化现象(Huang et al.,2014)。如在十字花科(李岩等,2017)、壳斗科(张妍彤等,2018,植物研究,38(5):757-765)、菊科(梁凤萍等,2018)等植物中，IR边界在科下属间均呈现出一定的差异。本研究毛茛科植物的LSC/IRb边界在多数物种中位于rps19内部或rps19与rpl2的间隔区，部分物种发生了扩张和收缩；IRb/SSC边界较为保守，在大部分物种中位于假基因ycf1与ndh F之间或二者重叠区，也有个别物种位于ndh F基因内部；SSC/IRa边界最为保守，除黑种草外都位于ycf1基因内部；IRa/LSC边界的位置在14个物种中位于假基因rps19与trn H-GUG之间，6个物种中位于rpl2与trn H-GUG之间，其他物种均发生了不同程度的收缩和扩张现象。图4 基于叶绿体基因组72个CDS序列和4个r RNA序列对毛茛科3 3 个物种构建的ML树
【参考文献】：
期刊论文
[1]菊科植物叶绿体基因组特征分析[J]. 梁凤萍,文祥宁,高赫一,张颖. 基因组学与应用生物学. 2018(12)
[2]1342个植物叶绿体基因组分析[J]. 朱婷婷,张磊,陈万生,殷军,李卿. 基因组学与应用生物学. 2017(10)
[3]十字花科植物叶绿体基因组结构及变异分析[J]. 李岩,吕光辉,张雪妮,何学敏. 西北植物学报. 2017(06)
[4]毛茛科分子系统发育研究进展[J]. 刘慧杰,谢磊. 西北植物学报. 2016(09)
[5]被子植物叶绿体基因组的结构变异研究进展[J]. 王玲,董文攀,周世良. 西北植物学报. 2012(06)
本文编号：3289138
【文章来源】：分子植物育种. 2020,18(21)北大核心CSCD
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
利用m VISTA对毛茛科33个物种叶绿体基因组比对
毛茛科植物叶绿体基因组均为典型的四分体结构，由1个大单拷贝区、1个小单拷贝区和2个反向重复区组成，符合大部分被子植物叶绿体基因组的结构特征。整个叶绿体基因组相对保守，最大长度差异约13 kb，通过对比发现(表1),4个区域长度差异最大的为LSC区，长度差异约11 kb，因此推测LSC区域长度的差异是引起整个叶绿体基因组长度差异的主要原因。IR区域通过反向重复的两个拷贝之间的分子内重组来促进基因组其余部分的稳定性，因此限制了两个单拷贝区域之间的重组(Palmer et al.,1987)。与天竺葵属(Chumley et al.,2006)和豌豆(Saski et al.,2005)相比，毛茛科植物IR区不存在大片段缺失、插入和丢失的现象，且所有序列两个IR区域长度均一致。毛茛科植物叶绿体基因组中共包含110～120个基因；其中r RNA数目最为保守，均为4个；t RNA的数目相对保守，大部分物种的t RNA数目为30个，银莲花族5个物种出现trn T-UGU基因的缺失；CDS的数目是引起叶绿体基因组基因数目差异的主要原因，inf A、rpl32、rps7和rps16基因在至少一个物种中检测到缺失，rpl32和inf A也曾被报道转移到细胞核中(Millen et al.,2001;Ueda et al.,2007),clp P基因在天葵等2个物种中为2个拷贝，其余物种均为1个拷贝，这与Zhai等(2019)的研究结果一致；但是本研究还在至少一个物种发现trn H-GUG、trn G-UCC和rpl16的缺失，trn G-GCC、trn I-CAU和trn N-GUU存在多拷贝现象；ycf15基因仅在紫乌头等3个物种中检测到，其余物种均缺失。
毛茛科整个叶绿体基因组相对比较保守，所包含的不同区域的保守程度略有差异。IR区域相较于SSC和LSC区域更加保守，SSC区相较于LSC区更加保守，编码区域相较于非编码区域更加保守，主要的变异位点多分布在基因间隔区。IR区域的扩张和收缩是叶绿体基因组普遍存在的进化现象(Huang et al.,2014)。如在十字花科(李岩等,2017)、壳斗科(张妍彤等,2018,植物研究,38(5):757-765)、菊科(梁凤萍等,2018)等植物中，IR边界在科下属间均呈现出一定的差异。本研究毛茛科植物的LSC/IRb边界在多数物种中位于rps19内部或rps19与rpl2的间隔区，部分物种发生了扩张和收缩；IRb/SSC边界较为保守，在大部分物种中位于假基因ycf1与ndh F之间或二者重叠区，也有个别物种位于ndh F基因内部；SSC/IRa边界最为保守，除黑种草外都位于ycf1基因内部；IRa/LSC边界的位置在14个物种中位于假基因rps19与trn H-GUG之间，6个物种中位于rpl2与trn H-GUG之间，其他物种均发生了不同程度的收缩和扩张现象。图4 基于叶绿体基因组72个CDS序列和4个r RNA序列对毛茛科3 3 个物种构建的ML树
【参考文献】：
期刊论文
[1]菊科植物叶绿体基因组特征分析[J]. 梁凤萍,文祥宁,高赫一,张颖. 基因组学与应用生物学. 2018(12)
[2]1342个植物叶绿体基因组分析[J]. 朱婷婷,张磊,陈万生,殷军,李卿. 基因组学与应用生物学. 2017(10)
[3]十字花科植物叶绿体基因组结构及变异分析[J]. 李岩,吕光辉,张雪妮,何学敏. 西北植物学报. 2017(06)
[4]毛茛科分子系统发育研究进展[J]. 刘慧杰,谢磊. 西北植物学报. 2016(09)
[5]被子植物叶绿体基因组的结构变异研究进展[J]. 王玲,董文攀,周世良. 西北植物学报. 2012(06)
本文编号：3289138
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