木芙蓉三个品种及近缘种的叶绿体基因组比较分析

木芙蓉(Hibiscus mutabilis)栽培历史悠久,是原产中国的古老园林树种和药用植物。为了探讨木芙蓉品种及近缘种的进化特征,厘清木芙蓉品种间及其与近缘种间的亲缘关系,以及探究木芙蓉叶绿体基因组(chloroplast DNA, cpDNA)的遗传方式,该文选择了一个杂交组合中的3个木芙蓉栽培品种(‘单瓣白''‘金秋颂''‘牡丹粉''),用高通量测序平台Illumina NovaSeq对其cpDNA进行首次测序。经组装注释后得到3条完整的cpDNA序列,结合该团队已经完成的近缘种台湾芙蓉(H. taiwanensis)和来自基因库的木槿、朱槿的cpDNA,对木槿属4种及木芙蓉种下的3个品种进行了cpDNA组成和结构特征的比较分析,并完成了其系统发育树重建。结果表明:(1)‘单瓣白''‘金秋颂''‘牡丹粉''的cpDNA序列长度分别为160 880、160 879、160 920 bp,基因数目均为130个,其中蛋白编码基因85个、核糖体RNA 8个和转运RNA 37个。(2)比较分析结果显示,木芙蓉的种下3个品种及其近缘种台湾芙蓉在cpDNA上高度保守,反向重复区(IR)均为26 300 bp; 木槿和朱槿在IR区发生了收缩,分别为25 745、25 598 bp。(3)系统发育分析结果显示,种下3个品种先聚成一个单系支,再与台湾芙蓉聚成一个高支持率分支,表明木芙蓉和台湾芙蓉的亲缘关系最近; 相较于木槿和朱槿,木芙蓉、台湾芙蓉2种与海滨木槿、黄槿、大麻槿在亲缘关系上更近。(4)木芙蓉3个品种之间能通过cpDNA序列区分开,在大/小单拷贝区(LSC/SSC)长度上,‘单瓣白''‘金秋颂''‘牡丹粉''分别为89 355 bp/18 925 bp、89 353 bp/18 926 bp、89 400 bp/18 920 bp,并且从重复序列和核苷酸多样性分析中开发出了候选分子标记和DNA条形码,可以作为品种鉴定的分子条码。(5)木芙蓉品种‘单瓣白''与‘金秋颂''cpDNA差异最小,亲缘关系最近,根据两者母本与子代的关系,证明了木芙蓉cpDNA的母系遗传特征。该研究结果有助于更好地了解3个木芙蓉品种及台湾芙蓉cpDNA的进化特征和物种间的系统发育关系,为木芙蓉品种的准确鉴定和优良品种选育提供了cpDNA方面的基础资料。