為了探究毛茛科植物的葉綠體基因組結(jié)構(gòu)變異模式和屬間系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系,本研究利用生物信息學(xué)方法對(duì)NCBI上獲取的毛茛科30個(gè)屬33個(gè)物種葉綠體基因組結(jié)構(gòu)變異進(jìn)行了分析,同時(shí)以小檗科的大葉小檗Berberis amurensis Rupr.和Berberis aristate DC.為外類(lèi)群,基于葉綠體基因組72個(gè)蛋白編碼序列（coding sequence, CDS）和4個(gè)核糖體RNA （rRNA）序列利用Maximum likelihood （ML）法構(gòu)建了毛茛科的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)。結(jié)果顯示,33個(gè)物種葉綠體基因組均為四分體結(jié)構(gòu),全基因組大小在151～164 kb左右;基因順序和基因組結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一定的變異:在長(zhǎng)瓣鐵線蓮（Clematis macropetala Ledeb.）、大火草（Anemone tomentosa （Maxim.）Pei）等8個(gè)物種中發(fā)現(xiàn)5種不同長(zhǎng)度的倒位現(xiàn)象,其中鐵線蓮屬（Clematis L.） 3個(gè)物種中同時(shí)檢測(cè)到移位現(xiàn)象,10個(gè)基因（trnT-UGU, trnH-GUG, trnE-UUC, trnG-UCC, ycf15, rps16, rpl32, rpl16, ... 

【文章來(lái)源】：分子植物育種. 2020,18(21)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：14 頁(yè)

【部分圖文】：

利用m VISTA對(duì)毛茛科33個(gè)物種葉綠體基因組比對(duì)

毛茛科植物葉綠體基因組均為典型的四分體結(jié)構(gòu)，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，符合大部分被子植物葉綠體基因組的結(jié)構(gòu)特征。整個(gè)葉綠體基因組相對(duì)保守，最大長(zhǎng)度差異約13 kb，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)(表1),4個(gè)區(qū)域長(zhǎng)度差異最大的為L(zhǎng)SC區(qū)，長(zhǎng)度差異約11 kb，因此推測(cè)LSC區(qū)域長(zhǎng)度的差異是引起整個(gè)葉綠體基因組長(zhǎng)度差異的主要原因。IR區(qū)域通過(guò)反向重復(fù)的兩個(gè)拷貝之間的分子內(nèi)重組來(lái)促進(jìn)基因組其余部分的穩(wěn)定性，因此限制了兩個(gè)單拷貝區(qū)域之間的重組(Palmer et al.,1987)。與天竺葵屬(Chumley et al.,2006)和豌豆(Saski et al.,2005)相比，毛茛科植物IR區(qū)不存在大片段缺失、插入和丟失的現(xiàn)象，且所有序列兩個(gè)IR區(qū)域長(zhǎng)度均一致。毛茛科植物葉綠體基因組中共包含110～120個(gè)基因；其中r RNA數(shù)目最為保守，均為4個(gè)；t RNA的數(shù)目相對(duì)保守，大部分物種的t RNA數(shù)目為30個(gè)，銀蓮花族5個(gè)物種出現(xiàn)trn T-UGU基因的缺失；CDS的數(shù)目是引起葉綠體基因組基因數(shù)目差異的主要原因，inf A、rpl32、rps7和rps16基因在至少一個(gè)物種中檢測(cè)到缺失，rpl32和inf A也曾被報(bào)道轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中(Millen et al.,2001;Ueda et al.,2007),clp P基因在天葵等2個(gè)物種中為2個(gè)拷貝，其余物種均為1個(gè)拷貝，這與Zhai等(2019)的研究結(jié)果一致；但是本研究還在至少一個(gè)物種發(fā)現(xiàn)trn H-GUG、trn G-UCC和rpl16的缺失，trn G-GCC、trn I-CAU和trn N-GUU存在多拷貝現(xiàn)象；ycf15基因僅在紫烏頭等3個(gè)物種中檢測(cè)到，其余物種均缺失。

毛茛科整個(gè)葉綠體基因組相對(duì)比較保守，所包含的不同區(qū)域的保守程度略有差異。IR區(qū)域相較于SSC和LSC區(qū)域更加保守，SSC區(qū)相較于LSC區(qū)更加保守，編碼區(qū)域相較于非編碼區(qū)域更加保守，主要的變異位點(diǎn)多分布在基因間隔區(qū)。IR區(qū)域的擴(kuò)張和收縮是葉綠體基因組普遍存在的進(jìn)化現(xiàn)象(Huang et al.,2014)。如在十字花科(李巖等,2017)、殼斗科(張妍彤等,2018,植物研究,38(5):757-765)、菊科(梁鳳萍等,2018)等植物中，IR邊界在科下屬間均呈現(xiàn)出一定的差異。本研究毛茛科植物的LSC/IRb邊界在多數(shù)物種中位于rps19內(nèi)部或rps19與rpl2的間隔區(qū)，部分物種發(fā)生了擴(kuò)張和收縮；IRb/SSC邊界較為保守，在大部分物種中位于假基因ycf1與ndh F之間或二者重疊區(qū)，也有個(gè)別物種位于ndh F基因內(nèi)部；SSC/IRa邊界最為保守，除黑種草外都位于ycf1基因內(nèi)部；IRa/LSC邊界的位置在14個(gè)物種中位于假基因rps19與trn H-GUG之間，6個(gè)物種中位于rpl2與trn H-GUG之間，其他物種均發(fā)生了不同程度的收縮和擴(kuò)張現(xiàn)象。圖4 基于葉綠體基因組72個(gè)CDS序列和4個(gè)r RNA序列對(duì)毛茛科3 3 個(gè)物種構(gòu)建的ML樹(shù)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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