越南金花茶叶绿体基因组分析

本研究通过高通量测序技术对越南金花茶(Camellia insularis Orel & Curry)的叶绿体(chloroplast, cp)基因组进行了测序。结果显示,越南金花茶叶绿体基因组长度为156 882 bp,包含132个基因,其中,88个编码蛋白质,36个编码tRNA,8个编码rRNA。密码子偏好性分析显示,编码亮氨酸的密码子数量最多,且第三位密码子显示出了较高的A/U偏好。此外,共鉴定出了67个简单重复序列(simple sequence repeats, SSR),发现越南金花茶SSR偏好使用A和T碱基。除了少数可变区域之外,越南金花茶与其近缘物种的叶绿体基因组反向重复(inverted repeat, IR)边界区域相当保守。系统发育分析表明,越南金花茶与云南金花茶(Camellia fascicularis)亲缘关系最近。金花茶是基因工程培育黄色山茶花的重要材料,本研究为叶绿体工程提供了基本的遗传信息,为深入研究金花茶组植物的进化、物种鉴定和基因组育种研究提供了宝贵的资源。     

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。     

辽东丁香完整叶绿体基因组的结构与特征

为获得辽东丁香（Syringa villosa subsp. wolfii）叶绿体全基因组的基本特征,采用高通量测序技术分析了其叶绿体基因组序列信息,并讨论其系统演化位置。结果表明：（1）辽东丁香叶绿体基因组全长156 517 bp,具有典型的四分体结构;具有131个功能基因,包括36个tRNA基因、8个rRNA基因和87个蛋白质编码基因。（2）该叶绿体基因组蛋白编码区的总密码子偏好性（RSCU）分析显示,RSCU值>1的密码子有31个,其中以A/U碱基结尾的有21个;RSCU值<1的密码子有34个,其中以G/C碱基结尾的密码子有22个。（3）在辽东丁香的叶绿体基因组中,检测出334个散在重复序列,包括170个正向重复序列和164个回文重复序列;检测到227个SSR位点,其中226个位点成功设计出PCR引物。（4）最大似然法构建系统进化树分析显示,辽东丁香与云南丁香 （S. yunnanensis）亲缘关系最近。本研究通过对辽东丁香叶绿体基因组重复序列、IR边界、系统发育等进行分析,为辽东丁香后续的分子标记开发、系统发育分析、物种资源鉴定评价、DNA条形码开发等提供参考。     

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。     

新型水果空心泡叶绿体基因组特征及其系统发育分析北大核心CSCD

为探究空心泡(Rubus rosaefolius)叶绿体基因组特征,本研究以空心泡为试验材料,采用Illumina NovaSeq平台进行高通量测序,获得空心泡完整的叶绿体基因组序列,并进行空心泡叶绿体基因序列特征和系统发育分析。结果表明:空心泡的完整叶绿体基因组总长度为155650 bp,具有典型的四分体结构,包括2个反向重复序列(各25748 bp)、1个大拷贝区(85443 bp)、1个小拷贝区(18711 bp)。空心泡叶绿体全基因组共鉴定出131个基因,包括86个蛋白质编码基因、37个tRNA基因和8个rRNA基因,全基因组的GC含量为36.9%。空心泡叶绿体基因组包含47个散在重复序列、72个简单重复序列(simple sequence repeating,SSR)位点,密码子偏好性为亮氨酸密码子,偏好使用A/U结尾的密码子。系统发育分析表明,空心泡与小叶悬钩子(Rubus taiwanicola)亲缘关系最近,其次是能高悬钩子(Rubus rubroangustifolius)和腺萼悬钩子(Rubus glandulosopunctatus)。空心泡的叶绿体基因组特征及其系统发育分析,为空心泡的遗传多样性研究和叶绿体开发利用提供理论依据。     

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。     

极小种群植物川柿叶绿体基因组特征与系统发育分析（附录）

川柿(Diospyros sutchuensis)为极小种群和国家重点保护野生植物,分布范围狭窄,种群数量极少。目前,川柿基因组信息缺乏,在柿属(Diospyros)中的系统亲缘关系不明确。该研究通过Illumina平台对川柿叶绿体基因组进行测序,应用Getorganellev1.7.3.4和PGA软件对基因组进行组装和注释,使用DnaSP6.12.03软件进行多序列对比分析,并使用REPuter、Tandem Reapeats Finder和MISA软件进行重复序列分析,使用CodonW1.4和EasyCodemL软件分别进行密码子偏好性和选择压力分析。同时,基于4个不同的叶绿体基因组序列数据集,使用IQtree软件分析川柿与11个柿属物种的系统发育关系。结果表明:(1)川柿叶绿体基因组全长157 917 bp,包含1对26 111 bp的反向重复区、大单拷贝区(87 303 bp)和小单拷贝区(18 392 bp),GC碱基含量为37.4%。(2)川柿叶绿体基因组共注释到113个基因,包括79个蛋白编码基因、30个tRNA基因和4个rRNA基因; 共检测到49个长重复序列、27个串联重复序列和34个简单重复序列; 蛋白编码基因中高频密码子31个,多数密码子末位碱基为A或U,编码亮氨酸的密码子使用最多; 基因组编码区比非编码区更为保守,10个高变热点区域可作为潜在的分子标记; 蛋白编码基因中有8个基因(ndhB、ndhG、ndhI、rbcL、rpoB、petB、petD、rps12)受到正选择压力。(3)系统发育分析显示,川柿与老鸦柿(D. rhombifolia)和乌柿(D. cathayensis)亲缘关系最为密切,它们与海南柿(D. hainanensis)共同形成一个单系分支。该研究结果既为川柿及柿属种质资源鉴定、遗传多样性保护以及种群恢复等提供了叶绿体基因组资源,也为阐明川柿的系统进化提供了重要的分子信息。     

藏波罗花叶绿体基因组分析

藏波罗花（Incarvillea younghusbandii Sprague）是一种传统的补益类中药。其根作草药使用,用于滋补强壮,治产后少乳、久病虚弱、头晕、贫血等症。但目前关于藏波罗花分子遗传信息的研究很少。本研究基于高通量测序技术对藏波罗花叶绿体基因组进行测序、组装和注释,并对其序列特征、密码子偏好性、重复序列、系统发育和分化时间进行分析。结果表明,藏波罗花叶绿体基因组全长为159 323 bp,包含1个大单拷贝区（80 197 bp）、1个小单拷贝区（9 030 bp）和2个反向重复区（35 048 bp）;共注释出120个基因,包括77个蛋白编码基因、8个rRNA基因和35个tRNA基因;密码子偏好性分析显示,AAA是藏波罗花叶绿体基因组中使用最频繁的密码子;从藏波罗花叶绿体基因组中共检测到42个简单重复序列（simple sequence repeats,SSR）;系统发育分析表明,藏波罗花与密生波罗花（Incarvillea compacta）的亲缘关系最近,且在大概466万年前产生分化。本研究对藏波罗花相关资源的科学保护和开发具有重要的现实意义,也可以为后续角蒿属（Incarvillea）的物种鉴定、紫葳科（Bignoniaceae）的种群遗传多样性研究提供基本的遗传资源。     

苹果叶绿体基因组特征分析

苹果（Malus×domestica）是最重要的温带水果之一。为了能更好的了解本种的分子生物学基础．对已发布的苹果叶绿体全基因组序列进行了结构特征分析。结果显示苹果的叶绿体基因组全长为160068bp,具有典型的被子植物叶绿体基因组的环状四分体结构,包含大单拷贝区（LSC）,小单拷贝区（SSC）和两个反向互补重复区（IRs）,长度分别为88184bp,19180bp和26352bp。基因组共有135个基因（20个基因分布在反向互补重复区,因此整个基因组包含115个不同的基因）。按照功能进行分类,这115个基因包括81个蛋白质编码基因,4个rRNA编码基因和30个tRNA基因。其中,ycf15．ycf68和infA三个基因包含多个终止密码子,推测可能为假基因。苹果的基因组结构．基因顺序．GC含量和密码子使用偏好均与典型的被子植物叶绿体基因组类似。在苹果的叶绿体基因组中,共检测到30个大于30bp的重复序列,其中包括21串联重复,6个正向重复和3个反向重复序列;并检测到237个简单重复序列（SSR）位点,大部分的SSR位点都偏向于A或者T组成。此外,每10000bp非编码区平均分布有24个SSR位点,而编码区平均有5个SSR位点,表明SSRs在叶绿体基因组上的分布是不均匀的。本文对苹果叶绿体基因组序列特征的报道,将有助于促进该种的居群遗传学、系统发育和叶绿体基因工程的研究。     

沙枣叶绿体全基因组序列及其使用密码子偏性分析

该研究以2株野生沙枣(Elaeagnus angustifolia Linn.)嫩枝经温室水培后的嫩叶为材料,采用CTAB法分别提取总DNA,并利用第二代测序技术进行总DNA从头测序,组装后得到2株沙枣叶绿体基因组全序列,并详细分析了其蛋白质编码基因密码子使用的偏好性及其原因,为沙枣叶绿体基因工程和分子系统进化等研究奠定基础。结果显示:(1)组装得到沙枣叶绿体基因组序列全长150 546 bp,由长度为81 113 bp的长单拷贝(LSC)区域和25 494 bp的短单拷贝(SSC)区域,以及1对分隔开它们的长18 445 bp的反向重复序列(IRS)组成;注释共得到132个基因,包括86个蛋白编码基因、38个tRNA基因和8个rRNA基因。(2)沙枣叶绿体基因组蛋白编码基因密码子的第三位碱基GC含量(GC_3)为28.47%,明显低于整个叶绿体基因组GC含量(37%),也低于第一位(GC_1)和第二位(GC_2)碱基的GC含量,说明密码子对AT碱基结尾有偏好性;其中, UCU、CCU、UGU、GCU、CUU、GAU、UCA和UAA为最优密码子。(3)同义密码子相对使用频率(RSCU)分析发现,影响密码子使用模式的因素并不单一,密码子的偏好性受到突变、选择及其他因素的共同影响,并且自然选择表达引起的序列差异比突变对密码子偏好性的影响要显著;中性绘图分析、有效密码子数(ENC-plot)分析和奇偶偏好性(PR2-plot)分析表明,沙枣叶绿体基因组使用密码子的偏性受选择的影响更大。(4)通过最大似然法、最大简约法和贝叶斯方法对胡颓子科6个物种和1个枣的叶绿体基因序列构建系统发育树,与它们使用密码子偏性聚类的结果一致,表明叶绿体基因组使用密码子偏性与物种的亲缘关系相关。     

多花海棠叶绿体基因组分析

多花海棠（Malus floribunda Siebold.）是世界范围内广泛栽培的苹果属物种,具有较高的观赏价值和育种意义。对其进行叶绿体基因组比较分析,有利于完善苹果属系统进化以及种质利用的研究内容。基于全基因组测序数据,组装获得一个完整的具有四分体结构的多花海棠叶绿体基因组。该基因组包括大单拷贝区（88 142 bp）、反向重复区B （26 353 bp）、小单拷贝区（19 189 bp）与反向重复区A （26 353 bp）,共计160 037 bp。多花海棠叶绿体全基因组共注释到111个基因,包括78个蛋白编码基因、29个tRNA基因和4个rRNA基因。此外,在其基因组中识别到大量的重复序列,与三叶海棠和变叶海棠略有差异。通过计算相对同义密码子使用度,发现其高频密码子共30种,并且密码子具有偏向A/T结尾的使用模式。种间序列比对、边界分析的结果表明,大单拷贝区序列变异较大,8种苹果属植物SC区与IR区扩张收缩情况整体上较为相似。基于叶绿体基因组序列的系统进化分析,将多花海棠、湖北海棠和变叶海棠聚为一类。多花海棠叶绿体基因组的研究可为今后遗传标记开发与种质资源利用等提供数据支持。     

药用植物华重楼(黑药花科)叶绿体全基因组研究

为探究华重楼(Paris polyphylla var. chinensis)的叶绿体基因组特征,利用叶绿体系统发育基因组学方法,对华重楼与其它百合目植物的叶绿体全基因组进行了比较。结果表明,华重楼的叶绿体全基因组长158307 bp,由4个区组成,包括2个反向重复区(IRA和IRB,27473 bp)、1个小单拷贝区(SSC,18175 bp)和1个大单拷贝区(LSC,85187 bp)。其叶绿体基因组有115个基因,包括81个编码蛋白质基因、30个转运RNA基因和4 个核糖体RNA基因。11种百合目植物的叶绿体全基因组的基因组成和基因顺序相似。华重楼的cemA基因是假基因,其起始密码子后有多聚核苷酸poly(A)及CA双核苷酸重复序列,编码序列中出现多个终止密码子, 且与北重楼(Paris verticillata)的cemA编码序列中的终止密码子位置不同。因此,华重楼叶绿体基因组比较保守;cemA结构及假基因化现象可能具有重要的进化与系统发育信息,其编码序列中的终止密码子可以区分华重楼和北重楼。     

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。结合其近缘种云南栘[木衣]叶绿体基因组数据,在进行全序列比对后,对其系统发育、密码子偏好性等进行分析。长爪栘[木衣]叶绿体基因组序列总长为158914bp(GenBank登录号为MW367027),总GC含量为36.7%,其中大的单拷贝区(large single-copy, LSC)长度为87 020 bp,小的单拷贝区(small single-copy, SSC)长度为19 156 bp,反向重复区(inverted repeats, IRs)长度为26 369 bp。共注释了102个功能性基因,包括72个蛋白编码基因、26个编码tRNA基因和4个编码rRNA基因。构建系统发育树的最佳模型为TVM+F+R2。系统发育分析结果表明,长爪栘[木衣]与栘[木衣](Docynia indica (Wall.) Dcne.)聚为一支,栘[木衣]属物种与苹果属(Malus)聚为一支。对长爪栘[木衣]及近缘种叶绿体基因组序列进行比对分析,trnY (GUA)-psbD、ndhC-trnV (UAC)、accD-psaI、psbZ-trnFM (CAU)和ndhF-trnL等区域的变异较大,核酸多样性分析则表明有11处Pi值>0.01的高变区域,且都位于LSC区及SSC区。除长爪栘[木衣]外,其他序列中均有trnH基因位于IRs/LSC区交界处且都没有越过边界。密码子偏好分析显示,长爪栘[木衣]叶绿体基因中异亮氨酸的密码子编码数量最多,达到了1 205个。长爪栘[木衣]与山荆子(Malusbaccata(L.)Borkh.)、三叶海棠(Malussieboldii(Regel)Rehd.)、湖北海棠(Malus hupehensis (Pamp.) Rehd.)及木瓜(Chaenomeles sinensis (Thouin) Koehne)的亲缘关系最近;其叶绿体基因密码子更偏好于使用A/T结尾;长爪栘[木衣]叶绿体基因组与其他蔷薇科植物叶绿体基因组在4个边界区域基因分布显示出较大差异,与同属的云南栘[木衣]及栘[木衣]叶绿体基因组差异相对较小。长爪栘[木衣]叶绿体基因组的组装注释、系统发育分析及序列比对分析,为该物种的资源鉴定、开发和利用提供了理论依据。     

红锥叶绿体基因组特征及系统发育分析

为确定红锥(Castanopsis hystrix)叶绿体基因组的结构组成情况,判定其在锥属中的进化位置及与同锥属叶绿体基因组的区别,为锥属物种鉴定、遗传多样性分析和资源保护提供相关依据。使用Illumina HiSeq 2500测序平台对红锥叶绿体基因组进行测序,通过生物信息学分析方法进行序列组装、注释和特征分析,并利用R、Python、MISA、CodonW和MEGA 6等生物信息学软件对其基因组结构和数目、密码子偏好性、序列重复、简单重复序列(simple sequence repeat,SSR)位点和系统发育进行分析。结果表明红锥叶绿体基因组大小为153754 bp,呈现四分体结构;共拥有130个基因,包含85个编码基因、37个tRNA基因和8个rRNA基因;通过密码子偏好性分析,平均有效密码子数为55.5,说明其密码子随机性强、偏好性低;通过SSR及长重复片段分析,检测到45个重复序列及111个SSR位点;与近缘种比较,发现其叶绿体基因组序列高度保守,尤其蛋白质编码序列相似度极高;此外,系统发育分析发现红锥与海南锥聚为一支,关系密切。本研究得到了红锥的叶绿体基因组基本情况与系统发育位置,为红锥的物种辨别、天然种群遗传多样性与功能基因组学提供前期研究铺垫。     

Phylogenetic analysis of Oryza species, based on simple sequence repeats and their flanking nucleotide sequences from the mitochondrial and chloroplast genomes

Simple sequence repeats (SSR) and their flanking regions in the mitochondrial and chloroplast genomes were sequenced in order to reveal DNA sequence variation. This information was used to gain new insights into phylogenetic relationships among species in the genus Oryza. Seven mitochondrial and five chloroplast SSR loci equal to or longer than ten mononucleotide repeats were chosen from known rice mitochondrial and chloroplast genome sequences. A total of 50 accessions of Oryza that represented six different diploid genomes and three different allopolyploid genomes of Oryza species were analyzed. Many base substitutions and deletions/insertions were identified in the SSR loci as well as their flanking regions. Of mononucleotide SSR, G (or C) repeats were more variable than A (or T) repeats. Results obtained by chloroplast and mitochondrial SSR analyses showed similar phylogenetic relationships among species, although chloroplast SSR were more informative because of their higher sequence diversity. The CC genome is suggested to be the maternal parent for the two BBCC genome species (O. punctata and O. minuta) and the CCDD species O. latifolia, based on the high level of sequence conservation between the diploid CC genome species and these allotetraploid species. This is the first report of phylogenetic analysis among plant species, based on mitochondrial and chloroplast SSR and their flanking sequences.     

Chloroplast DNA codon use: Evidence for selection at the psb A locus based on tRNA availability

Codon use in the three sequenced chloroplast genomes (Marchantia, Oryza, and Nicotiana) is examined. The chloroplast has a bias in that codons NNA and NNT are favored over synonymous NNC and NNG codons. This appears to be a consequence of an overall high A + T content of the genome. This pattern of codon use is not followed by the psb A gene of all three genomes and other psb A sequences examined. In this gene, the codon use favors NNC over NNT for twofold degenerate amino acids. In each case the only tRNA coded by the genome is complementary to the NNC codon. This codon use is similar to the codon use by chloroplast genes examined from Chlamydomonas reinhardtii. Since psb A is the major translation product of the chloroplast, this suggests that selection is acting on the codon use of this gene to adapt codons to tRNA availability, as previously suggested for unicellular organisms.