荷花玉兰叶绿体全基因组高通量测序及结构解析

荷花玉兰是重要的药用、观赏及园林绿化植物.应用454高通量测序技术对荷花玉兰叶绿体全基因组进行测序,解析了其基因组结构,并与近缘物种基因组进行了比较分析.荷花玉兰叶绿体基因组全长为159623bp,两个反向互补重复区(IRs)长26563bp,被分隔的大单拷贝区(LSC)和小单拷贝区(SSC)长度分别为87757和18740bp.成功注释129个叶绿体基因,其中18个基因含有内含子.基因的种类、数目以及GC含量等与其他木兰科物种相类似.生物信息学分析获得218个SSR位点,大多位点富含A-T,具有碱基偏好性.木兰科物种的重复基序类型和丰度相对保守,有利于开发叶绿体基因组载体.木兰亚纲植物叶绿体基因组的大小及IR区边界的变化与ycf1的长度密切相关.采用30个物种叶绿体基因组的66个共有蛋白编码基因构建系统发育树,对木兰属在被子植物中的进化位置进行了探讨.荷花玉兰叶绿体全基因组序列的获得和结构解析对优良品种培育、叶绿体基因组工程、木兰科物种分子标记开发及系统发育关系的研究具有重要价值.     

同域分布的3种木蓼属植物叶绿体基因组比较

刺木蓼(Atraphaxis spinosa)、额河木蓼(A. jrtyschensis)和细枝木蓼(A. decipiens)是同域分布在我国新疆北部的3种木蓼属物种。通过二代高通量测序,对叶绿体基因组进行组装和注释,比较3个物种的叶绿体基因组差异并进行系统发育分析。结果表明,木蓼属3个物种的叶绿体全基因组大小为164 106–164 216 bp,与其它绿色植物类似,由1个大单拷贝区(LSC)、1个小单拷贝区(SSC)及介于二者之间的2个反向重复区(IRa/IRb)组成。在刺木蓼、额河木蓼和细枝木蓼中检测到48–49个串联重复序列及59–63个简单重复序列(SSR)。3个物种的核苷酸多样性平均值为0.000 96,Ka/Ks平均值为0.030 3,遗传距离平均值为0.001 0。通过对3个物种的叶绿体基因组进行比较,发现编码区比非编码区更保守。系统发育分析结果显示3个物种的亲缘关系较近。该研究基于叶绿体基因组对木蓼属物种的亲缘关系进行分析,揭示了3个同域分布的物种之间的亲缘关系以及木蓼属在蓼科中的系统位置。研究结果可为木蓼属的分类学、系统学和生物地理学研究提供参考。     

薯蓣和叉蕊薯蓣叶绿体基因组及特异性DNA条形码鉴定序列筛选研究

前期研究表明,目前常用的DNA条形码序列对薯蓣属物种的鉴定效率低.本研究利用高通量测序技术测定了薯蓣(Dioscorea opposita)和叉蕊薯蓣(D.collettii)叶绿体基因组,完成了其物理图谱绘制,基因组结构特征解析,特异性DNA条形码序列的筛选.薯蓣和叉蕊薯蓣叶绿体基因组总长度分别为152963和153870 bp,均包含两个反向重复区(IRs)、一个大单拷贝区(LSC)和一个小单拷贝区(SSC)4部分.薯蓣和叉蕊薯蓣均含有125个基因,其中包含87个蛋白编码基因、30个t RNA和8个r RNA.薯蓣和叉蕊薯蓣的GC含量分别为37.04%和37.17%,经多序列比对发现薯蓣属叶绿体基因组中非编码区变异高于保守的蛋白编码区域,LSC区、SSC区变异大于IR区,筛选出了10个潜在的适合作为鉴定薯蓣属植物的特异性DNA条形码序列,其中包括5个蛋白编码基因和5个基因间隔区.系统进化树显示,叶绿体全基因组序列也可作为薯蓣属物种鉴定的超级条形码.本研究为薯蓣属系统进化以及物种鉴定等领域的研究提供依据.     

两种珍稀白蝶兰属(兰科)叶绿体基因组比较分析

为理解珍稀濒危兰科植物龙头兰(Pecteilis susannae)和景洪白蝶兰(P.hawkesiana)的叶绿体基因组的基本特征,开发用于物种鉴定、保护遗传学和系统发育分析的分子标记,该研究利用二代测序技术对龙头兰和景洪白蝶兰进行浅层基因组测序,采用生物信息学分析方法进行叶绿体基因组的拼接、组装和注释,并与其他近缘物种进行比较基因组分析和系统发育分析。结果表明：(1)龙头兰和景洪白蝶兰的叶绿体基因组大小分别为154 407 bp和153 891 bp,由一对26 550 bp和26 523 bp的反向重复序列(IR)、84 204 bp和83 756 bp的大单拷贝区(LSC)、17 103 bp和17 089 bp的小单拷贝区(SSC)组成;均注释了111个唯一基因,包括77个蛋白质编码基因、30个tRNA基因和4个rRNA基因。(2)在叶绿体基因组中分别鉴定出94个和92个简单重复序列(SSRs)。(3)二者之间存在706个单核苷酸多态性(SNPs)位点和152个插入缺失(InDels)位点,其中cpInDel 067等可以区分2个物种。(4)观察到1个差异较大的基因(accD...     

鼠尾草叶绿体基因组序列分析

鼠尾草（Salvia japonica）是唇形科（Labiatae）鼠尾草属（Salvia）的一种多年生草本植物,具有十分重要的药用和经济价值。本文采用第二代测序技术Illumina Hiseq平台对鼠尾草的叶绿体基因组进行测序,同时以鼠尾草近缘物种丹参叶绿体基因组作为参考,组装得到完整叶绿体基因组序列。结果表明,鼠尾草叶绿体基因组序列全长153 995 bp,呈典型的四段式结构,其中LSC区长84 573 bp,SSC区长19 874 bp,两个IR区分别长24 774 bp;鼠尾草叶绿体基因组成功注释13组叶绿体基因,基因的种类、数目及GC含量等与唇形科中其它物种较为类似。这些研究结果丰富了鼠尾草属的叶绿体基因组数据,为今后鼠尾草属植物系统发育关系重建积累了基础性数据。     

茜草叶绿体全基因组序列及其系统发育分析

以茜草科(Rubiaceae)植物茜草(Rubia cordifolia L.)为研究对象，采用Illumination高通量测序技术对其叶绿体全基因组进行测序，并运用MAGA11等生信学工具进行全基因组解析及系统发育分析。结果表明，(1)茜草叶绿体基因组呈典型的四分环状结构，总GC含量37.2%,长153 959 bp,其中包含大单拷贝(LSC)区83 844 bp、小单拷贝(SSC)区17 083 bp和2个反向重复(IR)区26 516 bp;共注释得到124个基因，包括79个蛋白质编码基因、37个tRNA和8个rRNA。(2)序列共鉴定到169个SSR位点，以A、T组成为主，包括129个单核苷酸、18个双核苷酸、11个三核苷酸、9个四核苷酸和2个五核苷酸，六核苷酸SSR未检测到；边界分析显示，茜草叶绿体基因组LSC区差异性最大，变异程度最高，而IRa区则差异性最小，最为保守。(3)最大似然法(ML)构建系统发育树显示，样品茜草与同属植物Rubia horrida以100%支持率聚为一类，茜草亚科、仙丹花亚科与金鸡纳亚科聚为姐妹类群，证明茜草科植物在进化过程中保守发育。     

孑遗濒危植物矮扁桃叶绿体全基因组特征分析及亲缘关系鉴定

对第三纪孑遗濒危植物矮扁桃（Amygdalus nana）叶绿体全基因组进行结构特征分析,并探究其与近缘物种之间的系统进化关系。利用Illumina HiSeq Xten测序技术获取叶绿体全基因组序列,对其进行组装、注释和特征分析。结果表明：①矮扁桃叶绿体全基因组总长度为158 596 bp,其中LSC长度为86 771 bp,SSC长度为19 037 bp,2个IRs均为26 394 bp,为环状四分体结构。共注释130个基因,包括85个PCGs、37个tRNA和8个rRNA。②对6种植物进行IR边界区扩张和收缩分析,发现在4个边界区的基因类型和基因分布情况存在一定差异,并且亲缘关系越紧密差异程度越小。③在矮扁桃叶绿体全基因组中共预测了71个SSRs位点。④系统发育分析结果显示,在扁桃亚属中,矮扁桃在亲缘关系上与蒙古扁桃更近,而与长柄扁桃和榆叶梅的亲缘关系稍远。本研究对矮扁桃叶绿体全基因组进行了深度剖析,并且涉及大量被子植物的叶绿体全基因组资料,为桃属植物之间的进化关系和植物鉴定提供参考依据。     

裂叶榆叶绿体基因组及CP-SSR位点分析

榆树材质优良,具有良好的耐旱、耐寒和耐盐碱能力,从温带、暖温带到亚热带都有分布。本研究对榆科植物(裂叶榆)的叶绿体基因组进行De novo测序,裂叶榆叶绿体基因组序列全长为158953 bp,为典型的四段式结构,其中LSC区长度为88032 bp,SSC区长18846 bp,两个IR区长26037 bp,GC含量为35. 57%。裂叶榆叶绿体基因组总共编码139个基因,包括85个蛋白编码基因、8个r RNA和46个t RNA基因。裂叶榆的叶绿体基因组存在755个SSR位点,SSR序列长度主要以6~8 bp的短序列为主,SSR共有49个重复单元,以A/T和AT/AT为主,占所有SSR位点的66. 09%。选取42个物种叶绿体基因组的共有蛋白编码基因进行系统进化分析表明,裂叶榆与大麻科、桑科物种亲缘关系最近,榆科与大麻科、桑科均属于荨麻目,与传统分类学相吻合。本研究报道了裂叶榆的叶绿体基因组序列,对今后榆树的光合作用研究、CP-SSR引物开发、进化研究及叶绿体转基因工程等研究具有重要意义。     

金莲花叶绿体基因组测序及特征分析

金莲花(Trollius chinensis)是毛茛科的一种药用及观赏植物,采用Illumina HiSeq2500高通量技术对其全基因组DNA测序,建立126 bp DNA小片段文库,以大兔葵(Megaleranthis saniculifolia)叶绿体基因组为参考,通过BLASTN比对提取后用CLC Genomics Workbench软件组装得到金莲花叶绿体全基因组序列,并对其特征进行分析。结果表明,金莲花叶绿体基因组全长160 191 bp,具有典型的被子植物叶绿体基因组环状四分体结构,两个反向互补重复序列(inverted repeat, IRA和IRB)的长度均为26 632 bp,大单拷贝区(large single copy, LSC)和小单拷贝区(small single copy, SSC)的长度分别为88 522 bp和18 405 bp;注释得到131个基因,包括85个蛋白质编码基因,36个tRNA基因,8个rRNA基因和2个假基因,其中18个基因包括一个或两个内含子;共检测到231个简单重复序列(short simple repeat, SSR)。此叶绿体基因组已在GenBank注册,序列号为KX752098。本研究为金莲花叶绿体分子标记研究提供了理论依据,有助于促进该物种分子育种、进化分析和系统发育的研究。     

青藏高原特有种-藏扇穗茅叶绿体基因组测序及序列分析

藏扇穗茅（Littledalea tibetica）是禾本科（Poaceae）雀麦族（Bromeae）中一个具有重要生态价值的多年生高山特有种,主要分布于青藏高原及其毗邻地区。本文采用基于第二代高通量测序平台的Illumina MiSeq技术,对青藏高原特有种—藏扇穗茅进行了叶绿体基因组测序,首次建立了雀麦族物种的标准测序流程;同时,以其近缘物种—黑麦草（Lolium perenne）的叶绿体基因组序列作为参考,组装获得它的叶绿体基因组序列。结果表明,藏扇穗茅叶绿体基因组序列全长136 852 bp,GC含量为38.5%,呈典型的四段式结构,其中大（LSC）、小（SSC）单拷贝区大小分别为80 970和12 876 bp,反向互补重复区（IR）大小为21 503 bp,共注释得到141个基因,包含95个蛋白编码基因、38个tRNA基因和8个rRNA基因,主要分布于大单拷贝区和小单拷贝区。同时,基于藏扇穗茅和其它30种禾本科植物叶绿体基因全序列构建的系统发育树显示,藏扇穗茅与早熟禾亚科中小麦族植物亲缘关系较近。     

滇黄精叶绿体全基因组序列及其密码子使用偏性分析

为探究滇黄精(Polygonatum kingianum)叶绿体全基因组特征和密码子使用偏性,利用第二代测序技术对滇黄精嫩叶进行测序,再经组装与注释后得到其叶绿体基因组全序列,通过MISA、EMBOSS和CodonW等软件对滇黄精叶绿体全基因组的SSR位点、系统发育及密码子偏好性进行分析。结果表明,滇黄精完整叶绿体基因组长度为155 852 bp,基因组平均GC含量为37.7%,其大、小单拷贝区(LSC)长度分别为84 633和185 25 bp,反向重复区长度为26 347 bp,注释了132个基因,包括86个蛋白编码基因、38个tRNA基因和8个核糖rRNA基因。叶绿体基因组中共有69个SSR位点,绝大多数属于单碱基重复的A/T类型。系统发育分析表明滇黄精与格脉黄精(P. tessellatum)亲缘关系近,可能与分布地域有关。密码子偏好性分析表明,滇黄精叶绿体基因组密码子使用模式受到自然选择影响大于突变因素,最终确定9个最优密码子。因此, 滇黄精叶绿体基因组遗传结构和系统发育位置及其密码子偏倚的分析,为叶绿体基因工程研究提供理论依据。     

猴欢喜叶绿体全基因组及杜英科系统地位分析

最新的分子系统发育(APG IV)研究中以猴欢喜属(Sloanea L.)为代表的杜英科(Elaeocarpaceae)所在的酢浆草目(Oxalidales)被置于豆类分支(Fabids),且与卫矛目(Celastrales)、金虎尾目(Malpighiales)组成一支(COM分支),但支持率较低.为提高COM分支支...     

The chloroplast genome from a lycophyte (microphyllophyte), <Emphasis Type="Italic">Selaginella uncinata</Emphasis>, has a unique inversion,transpositions and many gene losses

We determined the complete nucleotide sequence of the chloroplast genome of Selaginella uncinata, a lycophyte belonging to the basal lineage of the vascular plants. The circular double-stranded DNA is 144,170 bp, with an inverted repeat of 25,578 bp separated by a large single copy region (LSC) of 77,706 bp and a small single copy region (SSC) of 40,886 bp. We assigned 81 protein-coding genes including four pseudogenes, four rRNA genes and only 12 tRNA genes. Four genes, rps15, rps16, rpl32 and ycf10, found in most chloroplast genomes in land plants were not present in S. uncinata. While gene order and arrangement of the chloroplast genome of another lycophyte, Hupertzia lucidula, are almost the same as those of bryophytes, those of S. uncinata differ considerably from the typical structure of bryophytes with respect to the presence of a unique 20 kb inversion within the LSC, transposition of two segments from the LSC to the SSC and many gene losses. Thus, the organization of the S. uncinata chloroplast genome provides a new insight into the evolution of lycophytes, which were separated from euphyllophytes approximately 400 million years ago. Electronic supplementary material The online version of this article (doi:) contains supplementary material, which is available to authorized users.     

The complete chloroplast genome sequence of the endangered species Syringa pinnatifolia (Oleaceae)

Syringa pinnatifolia is an endangered endemic species in China with important ornamental and medicinal value, and it needs urgent protection. Here, we report the complete chloroplast (cp) genome structure of S. pinnatifolia and its evolution is inferred through comparative studies with related species. The S. pinnatifolia cp genome was 155 326 bp and contained a large single copy region (LSC) of 86 167 bp and a small single copy region (SSC) of 17 775 bp, as well as a pair of inverted repeat regions (IRs) of 25 692 bp. A total of 113 unique genes were annotated, including 79 protein‐coding genes, 30 tRNA genes and four rRNA genes. The GC content of the S. pinnatifolia cp genome was 37.9%, and the corresponding values in the LSC, SSC and IR regions were 36.0, 32.1, 43.2% respectively. Repetitive sequences analysis revealed that the S. pinnatifolia cp genome contained 38 repeats. Microsatellite marker detection analysis identified 253 simple sequence repeats (SSRs), which provides opportunities for future studies of the population genetics and phylogenetic relationships of Syringa. Phylogenetic analysis of 29 selected cp genomes revealed that S. pinnatifolia is closely related to Syringa vulgaris and all 27 Lamiales species formed a clade separate from the two outgroup species. This newly characterized S. pinnatifolia chloroplast genome will provide a useful genomic resource of phylogenetic inference and the development of more genetic markers for species discrimination and population studies in the genus Syringa.     

桃叶珊瑚属植物的叶绿体基因组结构特征及系统发育分析

为确定桃叶珊瑚属(Aucuba)植物叶绿体基因组的结构及其序列变异,揭示其属下种间亲缘关系,该研究对桃叶珊瑚(A. chinensis)、花叶青木(A. japonica var. variegata)等6种桃叶珊瑚属植物和丝缨花属植物黄杨叶丝缨花(Garrya buxifolia)进行二代测序,利用生物信息学软件对其叶绿体基因组序列进行组装和注释,并进行基本特征分析、序列比较以及系统发育分析。结果表明:(1)桃叶珊瑚属植物叶绿体基因组具典型的环状四分体结构,6条序列全长157 891～158 325 bp,均编码114个基因,包括80个蛋白质编码基因、30个tRNA基因和4个rRNA基因。(2)6种植物叶绿体基因组高频密码子数均为29个,偏好以A/U结尾,确定了这6条序列的最优密码子共100个,包含12个共有的最优密码子。(3)6条叶绿体基因组序列共检测到270条散在重复序列,133条串联重复序列以及412个SSR位点。(4)比较基因组学分析结果表明,该属植物叶绿体基因组序列高度保守。(5)从叶绿体基因组中筛选出10个高变片段。(6)系统发育分析结果显示支持桃叶珊瑚属为一个支持率较高的单系,与丝缨花属关系较近。该研究中的5种桃叶珊瑚属植物以及1种丝缨花属植物的叶绿体基因组均为首次测序组装,揭示了桃叶珊瑚属及其属下种间的系统发育关系,为桃叶珊瑚属植物的分类鉴定和系统发育提供了参考资料。     

Complete sequence and organization of the cucumber (Cucumis sativus L. cv. Baekmibaekdadagi) chloroplast genome

The nucleotide sequence of the cucumber (Cucumis sativus L. cv. Baekmibaekdadagi) chloroplast genome was completed (DQ119058). The circular double-stranded DNA, consisting of 155,527 bp, contained a pair of inverted repeat regions (IRa and IRb) of 25,187 bp each, which were separated by small and large single copy regions of 86,879 and 18,274 bp, respectively. The presence and relative positions of 113 genes (76 peptide-encoding genes, 30 tRNA genes, four rRNA genes, and three conserved open reading frames) were identified. The major portion (55.76%) of the C. sativus chloroplast genome consisted of gene-coding regions (49.13% protein coding and 6.63% RNA regions; 27.81% LSC, 9.46% SSC and 18.49% IR regions), while intergenic spacers (including 20 introns) made up 44.24%. The overall G-C content of C. sativus chloroplast genome was 36.95%. Sixteen genes contained one intron, while two genes had two introns. The expansion/contraction manner of IR at IRb/LSC and IR/SSC border in Cucumis was similar to that of Lotus and Arabidopsis, and the manner at IRa/LSC was similar to Lotus and Nicotiana. In total, 56 simple sequence repeats (more than 10 bases) were identified in the C. sativus chloroplast genome.     

沙冬青属植物叶绿体基因组对比和系统发育分析

该研究以沙冬青和矮沙冬青叶绿体基因组为研究对象,比较分析其基因组结构和系统发育关系。结果显示: (1)沙冬青和矮沙冬青的叶绿体基因组具有典型的四段式结构,全长为153 935 bp和154 140 bp,其中大单拷贝区(LSC)分别为83 891 bp和84 126 bp,小单拷贝区(SSC)分别为18 022 bp和18 014 bp,以及长度各自为26 011 bp和26 000 bp的成对反向重复区(IRs);沙冬青和矮沙冬青均注释130个基因,包括85个蛋白编码基因(PCGs),37个转运RNA(tRNA)以及8个核糖体RNA(rRNA)。(2)沙冬青和矮沙冬青的叶绿体基因组中分别检测出26和15个回文重复序列,39和50个串联重复序列,23和34个散在重复序列。同时都鉴定出96个SSRs位点,包括74和73个单核苷酸重复,5和6个二核苷酸重复,以及各有17个复合SSR位点;边界分析显示两者IR区相似,但仍有一定差异。(3)通过近邻结合法(NJ)对沙冬青和矮沙冬青在内的17种蝶形花亚科以及2种云实亚科植物的叶绿体基因组构建的系统发育树显示,沙冬青和矮沙冬青以较高的支持率聚为一个独立分枝。该研究结果为沙冬青属的种间鉴别、SSR分子标记开发、保育工作、种群动态以及进一步研究坡塔里族的演化过程奠定了理论基础。     

长爪栘[木衣]叶绿体基因组特征系统发育及密码子偏好性分析

长爪栘[木衣](Docynia longiunguis Q.Luo & J.L.Liu)是我国特有的栘[木衣]属植物,具有较高的食药用价值.对其叶绿体基因组进行分析,有助于阐明栘[木衣]属内的系统发育关系,为长爪栘[木衣]资源的开发利用及进一步研究奠定基础.结合其近缘种云南移[木衣]叶绿体基因组数据,在进行全序列比对后...     

猴樟叶绿体基因组特征分析

猴樟(Cinnamomum bodinieri)枝叶含有丰富的精油,是重要的园林绿化树种和经济树种,但目前有关猴樟基因组学的研究报道不多。为揭示猴樟叶绿体基因组特征及系统发育关系,该文基于高通量测序平台进行测序,从头组装了完整的猴樟叶绿体基因组,并对其基因组结构、基因构成及序列重复、密码子使用偏好性以及系统发育进行分析,结合樟亚科主要属物种叶绿体基因组数据构建系统发育树。结果表明:(1)猴樟叶绿体基因组全长152 727 bp,包括一对20 132 bp的反向重复(IRs)区、93 605 bp的大单拷贝(LSC)区和18 858 bp的小单拷贝(SSC)区,总GC含量为39.13%。(2)该基因组共编码127个基因,包括83个蛋白质编码基因(PCGs)、36个转运RNA基因(tRNAs)和8个核糖体RNA基因(rRNAs); 共鉴定出92个SSR位点,其中大部分是A/T组成的单核苷酸重复序列; 密码子适应指数(CAI)为0.166,有效密码子数(ENc)为54.68; 猴樟与近缘种的叶绿体基因组主要在IR区和2个SC区边界上存在一定的差异。(3)24种樟亚科植物的系统发育树显示,猴樟与樟树亲缘关系最近,同时支持了樟属-甜樟属分支(Cinnamomum-Ocotea Clade)、月桂属-新木姜子属分支(Laurus-Neolitsea Clade)、润楠属-鳄梨属分支(Machilus-Persea Clade)的建立。该研究丰富了猴樟遗传资源信息,进一步确定了樟亚科主要属的系统发育地位。     

Deep genomic analysis of Coelastrella saipanensis (Scenedesmaceae,Chlorophyta): comparative chloroplast genomics of Scenedesmaceae

Many species belonging to the coccoid green algae genus Coelastrella are considered potential candidates for the large-scale production of natural pigments and biofuels. However, little is known about the structural, functional and molecular aspects of the chloroplast genomes (cpDNAs) of this genus. In the present study, the complete sequence of the cpDNA of strain FACHB-2138, which was further identified as Coelastrella saipanensis Hanagata based on morphological and molecular analyses, was elucidated. The 196 140 bp cpDNA sequence that was assembled as a circular map was found to possess the typical quadripartite structure. The two identical copies of 11 897 bp inverted repeat (IR) sequences were separated from one another by single copy regions. The large single copy region (LSC) was 104 949 bp, whereas the small single copy region (SSC) was 67 397 bp. The cpDNA encoded a total of 96 unique genes, which included 67 protein-coding genes, three rRNA genes and 26 tRNA genes. A total of 19 group I introns were annotated in this genome. Comparative analyses with three species from the family Scenedesmaceae showed C. saipanensis had a slightly expanded genome, higher GC content and less skewed distribution of its genes between the two DNA strands than that of the other three species. The cpDNA data deduced from the present study helps to expand our present understanding of plant systematics and phylogenetic reconstruction, and identify the possible biotechnological applications of the species belonging to the studied taxa.