【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(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)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(diǎn)與爭(zhēng)議。本研究共測(cè)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(guò)比較基因組結(jié)構(gòu),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(gè)黑藥花科植物序列)及rDNA序列構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù),闡釋了黑藥花科及重樓屬內(nèi)的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系;通過(guò)估算黑藥花科的分化時(shí)間、重構(gòu)重樓屬植物的祖先分布區(qū),進(jìn)一步解釋了重樓屬的起源及現(xiàn)代分布格局的成因,并對(duì)重樓屬內(nèi)出現(xiàn)的超大基因組現(xiàn)象進(jìn)行了詮釋:此外,基于系統(tǒng)發(fā)育關(guān)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(gè)閉合環(huán)狀DNA分子,由1個(gè)大單拷貝區(qū)、1個(gè)小單拷貝區(qū)和2個(gè)反向重復(fù)區(qū)組成。所有個(gè)體的葉綠體基因組總長(zhǎng)在155,957-158,643 bp之間,總GC含量為37.20%-37.70%,均含114個(gè)單拷貝基因(80個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因、30個(gè)/RNA基因、4個(gè)rRNA基因),無(wú)明顯的基因缺失和結(jié)構(gòu)重排現(xiàn)象。在這些單拷貝基因中,cemA和ycf15基因在重樓屬內(nèi)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(gè)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(kuò)張進(jìn)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(jié)合系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系發(fā)現(xiàn),隨著重樓屬的進(jìn)化,IRB向ycfl基因內(nèi)逐步擴(kuò)張。此外,重樓屬中存在5個(gè)變異熱點(diǎn)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(gòu)建的系統(tǒng)樹(shù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯的沖突,通過(guò)分析重樓屬的物種歷史(Species history)和形態(tài)特征,推測(cè)這可能與屬間(重樓屬與延齡草屬)古雜交(Ancienthybridization)、重樓屬內(nèi)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(guān)�；谌~綠體基因組重建了黑藥花科5個(gè)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(guān)系。同時(shí),重樓屬和延齡草屬的單系及姐妹群關(guān)系獲得了較高的支持。因此,重樓屬在分類學(xué)范疇上應(yīng)處理為一個(gè)屬。李恒(1984.1998)將重樓屬劃分為兩個(gè)亞屬(側(cè)膜亞屬Subgen.Daiswa中軸亞屬 Subgen.Paris),但它們各自作為一個(gè)單系均未得到支持,建議取消亞屬分類等級(jí);;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(méi)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(gè)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(fù)為種。3.祖先分布區(qū)及分化時(shí)間研究基于系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系重構(gòu)重樓屬的祖先分布區(qū)并估算黑藥花科的分化時(shí)間。結(jié)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(kāi)始分化,并逐漸向歐洲和東亞亞熱帶地區(qū)擴(kuò)散。在環(huán)太平洋的造山運(yùn)動(dòng)(漸新世/中新世界線附近)、亞洲夏季風(fēng)加強(qiáng)(中中新世以來(lái))、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(zhì)和氣候事件作用下,形成了高度隔離和異質(zhì)化的生境,促進(jìn)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(shí)間分析表明,重樓屬和延齡草屬祖先基因組的擴(kuò)增可能是一個(gè)持續(xù)了約1000萬(wàn)年的漸進(jìn)過(guò)程。從系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系看,它們的超大基因組可能來(lái)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(kāi)后形成的相對(duì)濕潤(rùn)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(zhì)編碼基因的分化在重樓屬5個(gè)組葉綠體蛋白質(zhì)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(zhì)編碼基因在進(jìn)化過(guò)程中可能受到了正選擇(Positive selection)。
【圖文】：

比較重樓屬五個(gè)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(kuò)張進(jìn)入．ｋ／Ｉ逡逑基因，從時(shí)在ＩＲＡ邋Ｋ域產(chǎn)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悖浚澹懼遑卞迥韭プ殄澹櫻澹悖簦耍罰恚紓幔浚懼灞卞義現(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�？ＬO(píng)蛑氐窒簀義轄齔魷衷諶氈局羋プ椋ǎ櫻澹悖簦沃校氐糠執(zhí)錚矗叮猓�。辶x現(xiàn)羋ナ簦常掣鮒值囊堵?tīng)C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�，邋ＬＣn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(shí)嗦牖蛟諛詰乃謝虻墓蠶咝越沂荊常掣鮒羋ナ粢堵?tīng)C寤蜃榻峁貢ｅ義鮮兀揮謝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(jiǎng)辭ǎ櫻櫻茫├┱諾賈陸喚縝恢貌灰恢洛義弦鸕�，蕦�(dǎo)什⑽闖魷種嘏擰ｅ義細(xì)藎常掣鮒羋ナ粢堵?tīng)C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

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