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.     

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。     

十字花科植物叶绿体基因组结构及变异分析

该研究比较了十字花科22个属22个物种的叶绿体基因组,以揭示十字花科叶绿体基因组的一般特征和变异特征。结果发现:(1)基因组大小为150kb左右,不同植物的叶绿体基因组之间存在1~5kb的差异,基因组大小的差异主要是大单拷贝(LSC)长度的差异引起的。(2)十字花科物种基因顺序基本一致,未检测到基因的重排和倒置事件。(3)trnY、trnG、ycf15、rps16基因在一些物种中发生丢失,petB、petD内含子序列也在个别物种内丢失。(4)基因组的4个边界相对保守,反向重复区a-大单拷贝区(IRa-LSC)边界处于rps19基因上,反向重复区a-小单拷贝区(IRa-SSC)边界在所有物种中均位于ycf1基因中,但是rps19和ycf1在边界两侧的长度具有差异,反向重复区b-小单拷贝区(IRb-SSC)边界在大部分物种中位于ycf1假基因和ndhF基因的重叠区内,而在庭荠(Alyssum desertorum)、小花南芥(Arabis alpina)2个物种中发生了改变,分别位于ycf1假基因和ndhF基因内。(5)29个蛋白编码基因长度发生变化,基因长度的变异来源于基因内含子或者编码区长度的改变,ycf1基因长度在3个物种中发生了大片段的缺失,部分基因长度的变化具有明显的系统发育信号。(6)基于叶绿体基因组数据构建的系统发育树具有较好的分辨率,各个进化分支具有较高的支持率。研究结果表明,利用叶绿体基因组数据可以为解决进化较快、系统发育分辨率低的植物类群的系统分类和系统发育关系提供更有力的证据。     

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。     

桃儿七叶绿体比较基因组学分析

为探究桃儿七（Sinopodophyllum hexandrum）不同叶绿体基因组特征,本研究以桃儿七5个叶绿体基因组为研究对象,借助生物信息学工具进行基因组图谱构建、重复序列分析、密码子偏好分析、反向重复序列区（inverted repeat,IR）/单拷贝区（single-copy,SC）边界分析、基因组序列比较分析及系统发育分析。结果表明：桃儿七5个叶绿体基因组全长为157 203–157 940 bp,为典型的叶绿体四分体结构,共注释出133–137个基因,说明桃儿七叶绿体基因组具有多样性。桃儿七不同叶绿体基因组简单重复序列（simple sequence repeat,SSR）位点不同,单核苷酸A/T占主要优势,散在重复序列包括正向重复、回文重复和反向重复3类。密码子偏好分析显示有效密码子（effective number of codon,ENc）值为51.14–51.17,密码子偏好性弱,GC与GC3s所占比例小于50%,密码子偏向使用A和U碱基并且以A和U碱基结尾。桃儿七5个叶绿体基因组IR/SC边界和基因组序列均比较保守。系统发育分析结果表明桃儿七和北美桃儿七亲缘关系最近。本研究获取了桃儿七5个叶绿体基因组信息与进化关系,为桃儿七资源开发利用与保护、品种鉴定和遗传进化研究奠定了科学基础。     

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。     

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。     

珍稀濒危植物越南小花金花茶的叶绿体基因组特征分析

越南小花金花茶(Camellia minima)是一种珍稀濒危的金花茶组植物,目前尚未有其叶绿体基因组的相关研究。该研究利用Illumina HiSeq 2000平台对越南小花金花茶进行了叶绿体基因组序列的测序、组装、注释和分析。结果表明：(1)越南小花金花茶叶绿体基因组全长156 961 bp,为典型的四分体结构,共注释到136个基因,其中包含87个蛋白编码基因、41个tRNA基因和8个rRNA基因。(2)分析鉴定出66个SSR位点和39个重复序列。(3)密码子偏好使用以A/U结尾的密码子,综合有效密码数(ENC)绘图、PR2-plot和中性分析推测自然选择是影响密码子使用模式的主导因素。(4)边界分析显示ycf1基因的长度和位置在不同金花茶组植物间存在差异。(5)对已发表的金花茶组植物叶绿体基因组的系统发育分析发现越南小花金花茶与小花金花茶聚为一支,亲缘关系最近。该研究结果为探索物种进化和提高外源基因表达提供了重要的参考信息,同时为后续的金花茶组植物的保护和利用提供了理论基础。     

五味子叶绿体基因组结构解析与比较分析

五味子是一种重要的药用植物.本研究通过Illumina HiSeq测序平台对五味子全基因组进行测序,完成了五味子叶绿体基因组的组装与结构解析,并与其他基部被子植物叶绿体基因组进行比较分析.五味子叶绿体基因组全长146730bp,GC含量为39.7%,由典型的4个区域组成,包括一个长单拷贝区、一个短单拷贝区和一对反向重复区(IR),其长度分别为95538、18270和16461 bp.共注释出113个基因,包括79个蛋白质编码基因、30个tRNA基因和4个rRNA基因.有4个蛋白质编码基因、5个tRNA基因和4个rRNA基因位于IR区.在五味子叶绿体基因组中共检测出47个简单重复序列和40个长重复序列.与一般被子植物叶绿体基因组相比,五味子叶绿体基因组IR区长度大约收缩10kb.IR区发生收缩的部分GC含量为37.4%,远小于IR区平均GC含量(45.7%).利用20个物种的53个共有蛋白质编码序列对五味子在被子植物中的系统发育位置进行了分析,结果表明五味子属与八角属为姊妹分支.对五味子叶绿体基因组序列进行分析,为五味子科物种鉴定、遗传多样性以及系统发育研究提供了数据基础.     

壳斗科植物叶绿体基因组结构及变异分析

利用生物信息学方法比较壳斗科6个属14个物种的叶绿体基因组间差异,以近缘物种榛为外类群构建系统进化树,揭示壳斗科叶绿体基因组的结构特征及变异规律。结果显示,14种壳斗科植物的叶绿体基因组均为双链环状分子结构,大小在160 kB左右,差异较小,最大仅差1 366 bp;基因顺序基本一致,而基因数量有所差异,infA、petG、rpl22、ycf1、ycf15等多个基因在部分物种中发生丢失;主要有32个蛋白编码基因长度发生变异,其原因是内含子的丢失、内含子或者编码区的长度改变,华南锥基因长度变异较大;4个IR边界相对保守,但锥栗、Castanea pumila、华南锥3个物种由于边界扩张导致rps19基因部分序列进入到IR区;以榛为外类群构建的系统发育树,各进化支支持率较高,分辨率较好。研究结果表明,叶绿体基因组可以用于分析关系较近与进化较快物种的系统发生问题,为系统发育和进化研究提供依据。     

丝兰属6种植物叶绿体基因组特征分析

为了理清丝兰属（Yucca）叶绿体基因组特征和序列变异情况,进行丝兰属植物叶绿体比较基因组学分析,并构建基于叶绿体基因组的系统发育树。利用高通量测序技术获得无刺龙舌兰（Y. treculeana）叶绿体基因组序列,结合丝兰属现已发表的叶绿体基因组,使用生物信息学方法对6种丝兰属植物叶绿体全基因组进行基本结构、重复序列、边界收缩与扩张以及序列变异分析等在内的比较基因组学研究,并进行系统发育分析。结果表明：6种丝兰属植物叶绿体基因组大小、基因的类型及数目相近,种间基因组结构比较保守;从丝兰属植物叶绿体基因组中检测到多条重复序列,其中SSR位点多是由单核苷酸、双核苷酸和四核苷酸组成,且偏好使用A、T碱基;根据核酸多态性指数π≥0.008,在6种丝兰属植物叶绿体基因组中筛选出了psbK-psbl-trnS-GCU、rpl20-rps12和ccsA-ndhD 3个高变异区域;基于叶绿体全基因组和LSC+SSC区序列构建的系统发育关系基本一致,确定了6种丝兰属植物间的系统发育关系,其中无刺龙舌兰与克雷塔罗丝兰（Y. queretaroensis）的亲缘关系最近。本研究测序获得了无刺龙舌兰叶绿体基因组,揭示了6种丝兰属植物叶绿体基因组特征和序列变异情况,明确了各物种间的亲缘关系,研究结果可为后续丝兰属植物分子标记开发及系统发育研究提供参考。     

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。     

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。     

红边龙血树叶绿体基因组特征及其系统发育分析

红边龙血树(Dracaena marginata)是一种在全球广泛种植的龙血树属园艺植物,具有较高的观赏价值和药用价值。本研究首次利用高通量测序技术对红边龙血树叶片进行全基因组测序,组装得到完整的叶绿体基因组序列,并进行注释、序列特征比较和系统发育分析。结果表明,红边龙血树叶绿体基因组包含一个典型的四分体结构,长度为154926 bp,是目前已报道的龙血树属中叶绿体基因组最小的物种;共拥有132个基因,包含86个编码蛋白基因、38个转运RNA基因和8个核糖体RNA基因;密码子偏好性分析发现存在偏好使用A/U碱基结尾的现象,整体上密码子偏好性较低;共鉴定出46个简单重复序列位点和54个长重复序列,分别在大单拷贝区与反向重复区有最大检出率;种间边界分析发现边界区域基因存在相对位置差异,扩张收缩情况总体较为相似;与近缘种进行系统发育分析,红边龙血树与细枝龙血树聚为一类,关系最近,符合形态学分类特征。对红边龙血树叶绿体基因组的解析为龙血树属植物的物种鉴定、遗传多样性和叶绿体转基因工程等提供了重要数据基础。     

苦马豆叶绿体基因组结构及其特征分析

利用Illumina高通量测序平台对苦马豆（Sphaerophysa salsula）进行测序和组装,获得完整的苦马豆叶绿体基因组序列。组装结果表明,苦马豆叶绿体基因组全长123 327 bp,存在IR区丢失,不具有四分体结构;注释结果显示,苦马豆叶绿体基因组共编码108个基因,其中包含74个蛋白编码基因、4个rRNA基因和30个tRNA基因;叶绿体基因组序列上共检测到99个SSR位点,包含75个单核苷酸、17个二核苷酸和7个三核苷酸重复单元;系统发育分析显示,苦马豆和骆驼刺为姊妹群,亲缘关系最近。这为今后苦马豆遗传多样性、群体遗传结构和物种形成机制研究奠定了基础。     

西北干旱区孑遗濒危植物四合木(Tetraena mongolica)叶绿体基因组特征研究及比较分析

四合木(Tetraena mongolica)是我国特有的蒺藜科(Zygophyllaceae)强旱生小灌木,因其起源古老、抗逆性强,所以可作为生物多样性起源和环境演变研究的理想对象,具有重要的学术研究价值。本研究采用Illumina双末端测序技术对四合木叶绿体基因组进行建库测序和分析。选取蒺藜目及牻牛儿苗目共计30个物种叶绿体基因组,与四合木进行系统发育关系分析探讨。结果表明:四合木叶绿体基因组长度为106259bp,其中反向重复区(IR区中)有7种基因,包括4种PCG基因,3种tRNA基因。叶绿体基因组共编码98种基因,包括65种蛋白编码基因、29种tRNA基因与4种rRNA基因。生物信息学表明,在四合木中共搜到92个SSR位点,其中包括74个单核苷酸重复基序,7个二核苷酸重复基序,1个三核苷酸重复基序,9个四核苷酸重复基序和1个五核苷酸基序。没有发现六核苷酸,其中单核苷酸重复在四合木的叶绿体基因组SSR中占比为80.1%。通过MEGA软件采用近邻结合法(neighbor-joining,NJ)对四合木等31个物种的叶绿体基因组进行聚类分析,发现四合木与蒺藜科三齿拉雷亚灌木为最近的姐妹种,其次为牻牛儿苗科智利白桦植物亲缘关系较近,与牻牛儿苗科天竺葵属和牻牛儿苗科高桂花属亲缘关系最远,说明四合木属于蒺藜科物种,这对于四合木的研究等具有一定的参考价值。     

梅花草属叶绿体基因组进化分析

叶绿体基因组序列变异和基因组成等特征可有效反映植物类群间的系统发育和进化关系。本研究利用Illumina高通量测序平台对梅花草属（Parnassia）及其近缘属5种植物的叶绿体基因组进行测序和组装,同时基于已发表的近缘种叶绿体基因组信息,对梅花草属叶绿体基因组结构特征、序列遗传变异和蛋白编码基因密码子偏好性比对分析。结果显示：梅花草属叶绿体基因组整体结构较为保守,均为四分体结构;梅花草多个基因出现假基因化,而本属其他物种叶绿体基因组成一致,均编码115个基因;与近缘属物种相比,本属所有物种均丢失rpl16基因的内含子;蛋白质编码基因的非同义/同义替代率比值较低,叶绿体基因可能经历纯化选择作用;密码子偏好性聚类结果与蛋白编码序列重建的系统发育关系结果一致。本研究表明选择压力可能在梅花草属叶绿体基因组蛋白编码基因进化过程中发挥作用,有助于进一步理解梅花草属植物的进化和适应机制。     

阳春砂叶绿体全基因组解析及系统发育研究

以姜科(Zingiberaceae)豆蔻属(Amomum Roxb.)阳春砂(Amomum villosum)为试材,利用Illumina Hiseq 4000测序平台对阳春砂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,以揭示阳春砂与其他姜科植物的进化关系及其在系统发育中的地位,为豆蔻属植物的物种鉴定提供理论依据。结果表明:(1)阳春砂叶绿体基因组全长164 069 bp,GC含量为36.1%,包括1对29 959 bp的反向重复区(IR)、一个大单拷贝区(LSC;88 798 bp)和一个小单拷贝区(SSC;15 353 bp);共注释得到133个基因,包括8个rRNA基因、38个tRNA基因和87个蛋白编码基因。(2)在阳春砂基因组中共检测到157个SSR位点,大部分SSR均由A和T组成;豆蔻属物种在基因组大小、IR边界区高度保守,核酸变异主要发生在LSC和SSC区。(3)最大似然法(Maximum Likelihood, ML)聚类分析显示,阳春砂与同属的爪哇白豆蔻(Amomum compactum)和白豆蔻(Amomum kravanh)亲缘关系最近,并且与山姜属(Alpinia Roxb.)也有较近的亲缘关系。     

木犀科植物叶绿体基因组结构特征和系统发育关系

木犀科11属19个种叶绿体基因组的一般特征和变异特征的比较分析显示, 结果表明, 该科叶绿体基因组大小为154-165 kb, 其差异主要是大单拷贝(LSC)长度的差异所致。Jasminum属3个物种的叶绿体基因组长度与其余物种有较大差异, 该属clpP基因内含子和accD基因丢失。共线性分析表明, Jasminum属3个物种多个基因出现基因重排现象, 倒位可能是重排的主要原因。Jasminum属在IRb/SSC和SSC/IRa边界的基因均与其它物种不同; 重复序列与SSR数量检测结果表明, Jasminum属与其余物种在数量及重复长度上差异较大。基于CDS数据构建的系统发育树表明, Abeliophyllum distichum和Forsythia suspensa为木犀科中较早分化的类群。     

木犀科植物叶绿体基因组结构特征和系统发育关系

木犀科11属19个种叶绿体基因组的一般特征和变异特征的比较分析显示, 结果表明, 该科叶绿体基因组大小为154-165 kb, 其差异主要是大单拷贝(LSC)长度的差异所致。Jasminum属3个物种的叶绿体基因组长度与其余物种有较大差异, 该属clpP基因内含子和accD基因丢失。共线性分析表明, Jasminum属3个物种多个基因出现基因重排现象, 倒位可能是重排的主要原因。Jasminum属在IRb/SSC和SSC/IRa边界的基因均与其它物种不同; 重复序列与SSR数量检测结果表明, Jasminum属与其余物种在数量及重复长度上差异较大。基于CDS数据构建的系统发育树表明, Abeliophyllum distichum和Forsythia suspensa为木犀科中较早分化的类群。