發(fā)布時間：2020-04-06 11:25

【摘要】：重樓屬(Paris L.)隸屬于黑藥花科(Melanthiaceae)重樓族(Parideae),該屬植物具有極高的藥用價值和經濟價值。然而,該屬在系統(tǒng)發(fā)育和分布區(qū)形成上仍存在諸多疑點與爭議。本研究共測序了38種黑藥花科植物(33種為重樓屬植物)的葉綠體全基因組和核糖體DNA(rDNA)序列。通過比較基因組結構,揭示了重樓屬葉綠體基因組特征;基于葉綠體全基因組(包括已發(fā)表9個黑藥花科植物序列)及rDNA序列構建系統(tǒng)發(fā)育樹,闡釋了黑藥花科及重樓屬內的系統(tǒng)發(fā)育關系;通過估算黑藥花科的分化時間、重構重樓屬植物的祖先分布區(qū),進一步解釋了重樓屬的起源及現(xiàn)代分布格局的成因,并對重樓屬內出現(xiàn)的超大基因組現(xiàn)象進行了詮釋:此外,基于系統(tǒng)發(fā)育關系,分析了重樓屬的核苷酸替代率。1.比較基因組研究重樓屬植物的葉綠體基因組高度保守,均為一個閉合環(huán)狀DNA分子,由1個大單拷貝區(qū)、1個小單拷貝區(qū)和2個反向重復區(qū)組成。所有個體的葉綠體基因組總長在155,957-158,643 bp之間,總GC含量為37.20%-37.70%,均含114個單拷貝基因(80個蛋白質編碼基因、30個/RNA基因、4個rRNA基因),無明顯的基因缺失和結構重排現(xiàn)象。在這些單拷貝基因中,cemA和ycf15基因在重樓屬內均為假基因。cemA基因的假基因化也出現(xiàn)于延齡草屬(Trillium L.)中,這可能是重樓族的共有衍征。整個重樓屬葉綠體基因組的IRA/LSC交界區(qū)均位于rps3基因上,該現(xiàn)象僅發(fā)現(xiàn)于黑藥花科植物中。在IRA/SSC交界區(qū),IRA均擴張進yc假基因,然而ycfl假基因與ndhF基因重疊現(xiàn)象僅出現(xiàn)在日本重樓組[Section Kinugasa(Tategawi et Suto)Hara]中。結合系統(tǒng)發(fā)育關系發(fā)現(xiàn),隨著重樓屬的進化,IRB向ycfl基因內逐步擴張。此外,重樓屬中存在5個變異熱點區(qū),分別為ndhF、ycfl、rpl23-ycf2、ycf15-trnL_CAA和trnN GUU-ycfl。2.系統(tǒng)發(fā)育研究基于rDNA序列和葉綠體全基因組構建的系統(tǒng)樹拓撲結構出現(xiàn)明顯的沖突,通過分析重樓屬的物種歷史(Species history)和形態(tài)特征,推測這可能與屬間(重樓屬與延齡草屬)古雜交(Ancienthybridization)、重樓屬內組間古雜交和近期雜交[蚤休組Sect.Euthyra(Salisb.)Franch.與五指蓮組Sect.AxiparH.H.Li]以及不完全譜系分化和種間雜交(蚤休組Sect.Euthyra)有關�；谌~綠體基因組重建了黑藥花科5個族(藜蘆族Melanthieae、白絲草族Chionographideae、胡麻花族Heloniadeae、熊尾草族Xerophylleae和重樓族Parideae)的系統(tǒng)發(fā)育關系。同時,重樓屬和延齡草屬的單系及姐妹群關系獲得了較高的支持。因此,重樓屬在分類學范疇上應處理為一個屬。李恒(1984.1998)將重樓屬劃分為兩個亞屬(側膜亞屬Subgen.Daiswa中軸亞屬 Subgen.Paris),但它們各自作為一個單系均未得到支持,建議取消亞屬分類等級;;蚤休組(Sect.Euthyra)、海南組(Sect.Dunnianae H.Li)、球藥隔組(Sect.Fargesianae H.Li)和花葉組(Sect.Marnmoata H.Li)的單系也沒有得到支持,建議將海南組(Sect.Dunnianae)、球藥隔組(Sect.Fargesianae)和花葉組(Sect.Marmoata)歸入蚤休組(Sect.Euthyra)中。系統(tǒng)發(fā)育基因組研究支持將重樓屬劃分為5個組:蚤休組(Sect.Euthyra)、五指蓮組(Sect.Axiparis)、黑籽組(Sect.Thibeticae H.Li)、日本重樓組(Sect.Kinugasa)和北重樓組(Sect.Paris Hara)。此外,系統(tǒng)發(fā)育分析顯示多葉重樓(Paris polyphylla Smith)與其變種不是單系類群,建議將華重樓[P.polyphylla var.chinensis(Franch.)Hara]、滇重樓[P.polyphylla var.yunnanensis(Ftanch.)Hand.-Mazz]、狹葉重樓(P.polyphylla var.stenophylla Franch.)由變種恢復為種。3.祖先分布區(qū)及分化時間研究基于系統(tǒng)發(fā)育關系重構重樓屬的祖先分布區(qū)并估算黑藥花科的分化時間。結果表明,重樓屬的最近共同祖先可能起源于東北亞和華北地區(qū),在始新世/漸新世界線附近(約37.9 Mya)開始分化,并逐漸向歐洲和東亞亞熱帶地區(qū)擴散。在環(huán)太平洋的造山運動(漸新世/中新世界線附近)、亞洲夏季風加強(中中新世以來)、青藏高原隆升(晚中新世—早上新世)、冰期/間冰期循環(huán)(更新世)等地質和氣候事件作用下,形成了高度隔離和異質化的生境,促進了重樓屬植物的輻射演化。4.日本重樓(P.japonica)超大基因的組形成目前,在黑藥花科中僅發(fā)現(xiàn)延齡草屬的T.×hagae Miyabe et Tatewaki、T.rhombifolium Raf.與重樓屬的日本重樓[P.japonica(Franch.et Sav.)Franch.]持有超大基因組(1C100pg)。系統(tǒng)發(fā)育和分化時間分析表明,重樓屬和延齡草屬祖先基因組的擴增可能是一個持續(xù)了約1000萬年的漸進過程。從系統(tǒng)發(fā)育關系看,它們的超大基因組可能來源于共同的祖先。其次,漸新世/中新世界線附近(27.63 Mya)日本群島從亞洲大陸分開后形成的相對濕潤的海洋性氣候可能為維持日本重樓(P.japonica)的超大基因組提供了有利條件。5.葉綠體基因組蛋白質編碼基因的分化在重樓屬5個組葉綠體蛋白質編碼基因的核苷酸替代率分析中發(fā)現(xiàn)accD、ccsA、clpP、ndhD、ndhF、ndhG、petA、petB、rbcL、rpl2、rpl20、rpoA、rpoB、rpoC1、rps2、ycf1、ycf2、atpF、ndhA、ndhB、ndhC、ndh1、petD、psbC、psbD、psbE、psbN、rp16、rpl32、rpoC2、rps3、rps7、rps8、rps 12和rps14基因的ω(dN/dS)值均存在大于1的情況(p0.05),表明這些蛋白質編碼基因在進化過程中可能受到了正選擇(Positive selection)。
【圖文】：

比較重樓屬五個組（蚤休組Ｓｅｃｔ．邋￡Ｗ？）．ｒａ、五指蓮組Ｓｅｃｔ．邋Ｊ功黑籽組Ｓｅｃｔ．逡逑日本重樓纟Ｈ邋Ｓｅｃｔ．邋Ａ７ｍ職ｗａ和北Ｍ樓組Ｓｅｃｔ．邋／？＜：／〃／．〖）的葉綠體全基因組逡逑交界區(qū)（圖３－２）揭示：ＬＳＣ與丨ＲＡ的交界Ｋ均處于ｒ／）．ｖ３基因上；ＬＳＣ與丨ＲＢ的逡逑交界區(qū)位于的下游；ＳＳＣ與丨ＲＢ的交界區(qū)，丨ＲＢ均不同程度的擴張進入．ｋ／Ｉ逡逑基因，從時在ＩＲＡ邋Ｋ域產生＞＼／１假貓因片段（從整體丨：N顯樾菖Γ櫻澹悖簦義銜逯噶殄澹櫻澹悖簦魏謐呀沐澹櫻澹悖簦澹潁罰В媯簦澹В�？ｅ皱丨．１邋木楼组邋彦ｃｔ．人ＡP恚紓�？／皱北辶x現(xiàn)羋プ椋櫻澹悖簦澹�？ａ}海觶�，葰g�，，褭衙与Ｉ＿b兩喚縝擼瘢郊僬疽蠐耄恚浚蘋蛑氐窒簀義轄齔魷衷諶氈局羋プ椋ǎ櫻澹悖簦沃�，重叠部穲�(zhí)錚矗叮猓�。辶x現(xiàn)羋ナ簦常掣鮒值囊堵燙迦蜃橥ü停幔酰觶灞冉蝦罌梢鑰闖齷蜃榻峁故淺叔義舷咝緣模ǎ蹋錚悖幔戾澹悖錚歟歟椋睿澹幔蟈澹猓歟錚悖耄螅澹蹋茫攏螅�。包括喉灺N邋澹遙危粒ǎ潁遙危粒�、转运邋＿b危粒ǎ遙危粒╁義蝦偷鞍字時嗦牖蛟諛詰乃謝虻墓蠶咝越沂荊常掣鮒羋ナ粢堵燙寤蜃榻峁貢ｅ義鮮�，脫]謝蛑嘏畔窒螅ㄍ跡常常�。唾Z欣渡吐躺糠炙允鏡鬧嘏畔窒�，是討亓x嫌謚羋ナ舴聰蛑馗辭ǎ桑遙┲鸞ハ蛐〉タ獎辭ǎ櫻櫻茫├┱諾賈陸喚縝恢貌灰恢洛義弦鸕�，蕦并侮J魷種嘏擰ｅ義細藎常掣鮒羋ナ粢堵燙迦蜃樾蛄性冢恚鄭桑櫻裕料碌謀冉希ㄍ跡常矗┛梢鑰村義銑

本文編號：2616446