濒危植物坡垒的叶绿体基因组特征及系统发育分析

了解濒危植物坡垒(Hopea hainanensis)的叶绿体基因组结构,对揭示龙脑香科植物的系统进化关系具有重要意义.本研究通过高通量测序技术对坡垒叶绿体基因组的结构特征及与其近缘种的系统进化关系进行了分析.结果 表明:坡垒叶绿体基因组具有典型被子植物叶绿体基因组的四分体结构,基因组全长151 795 bp,共注释得...     

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。     

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。     

轮叶蒲桃叶绿体基因组特征及系统发育分析

轮叶蒲桃(Syzygium grijsii)系桃金娘科(Myrtaceae)蒲桃属(Syzygium)常绿灌木，其开发前景较好，但其叶绿体基因组特征及系统发育关系尚未有相关报道。为弥补轮叶蒲桃基因组学方面的空缺，该文对轮叶蒲桃的叶绿体基因组进行了系统的研究。运用Illumina高通量测序，并在GetOrganelle平台进行完整组装，同时利用组装好的数据分析轮叶蒲桃叶绿体基因组的结构特征和系统发育关系，其中包括轮叶蒲桃叶绿体基因组结构、功能及特征、密码子偏好性分析、叶绿体基因组的比较分析和系统发育的分析。结果表明：(1)轮叶蒲桃叶绿体基因组大小为158 591 bp,包含129个基因。其中，rRNA基因8个，tRNA基因37个，蛋白编码基因84个。分析检测到39个重复序列和84个SSR位点。(2)密码子偏好性分析发现轮叶蒲桃叶绿体基因组中末端存在对A/U的偏性，使用最多的是编码亮氨酸的密码子。(3)与近缘种比较，轮叶蒲桃的边界长度保守，边界处的基因种类与多个蒲桃属物种相似；轮叶蒲桃叶绿体基因组在LSC和SSC区变异度较大，有45处0.010i<0....     

白花除虫菊叶绿体基因组特征及系统发育研究

白花除虫菊(Tanacetum cinerariifolium)是全球唯一集约化种植的杀虫园艺作物,从其头状花序提取的天然除虫菊酯广泛应用于有机农业和家居害虫防控,具有极高的商业价值。本研究通过Illumina HiSeq 2500测序平台对白花除虫菊叶绿体基因组进行了测序,并对其结构特征及系统进化关系进行了分析。结果表明,白花除虫菊叶绿体基因组为典型的四分体结构,基因组大小为150 171 bp,包括84个蛋白质编码基因、 37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其叶绿体基因组中密码子末端偏好以A和U结尾,其中亮氨酸的密码子是最常用的,其使用UUA密码子的频率最高,RSCU值为1.88。在其叶绿体基因组中鉴定到简单重复序列(simple sequence repeat, SSR)位点共41个,包含37个单核苷酸重复序列、 4个复合型核苷酸重复序列;基于菊科(Asteraceae)39个叶绿体基因组序列构建的系统发育树表明,其叶绿体基因组高度保守,除近缘红花除虫菊(T.coccineum)外,除虫菊类与同为菊科的植物蒿子杆(Ismelia carinata)亲缘...     

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。     

高山特有植物丽江棱子芹的叶绿体基因组结构和系统发育关系

本文基于高通量技术对丽江棱子芹(Pleurospermum foetens)的叶绿体基因组进行测序,并对丽江棱子芹的叶绿体基因组结构特征及其系统进化关系进行了分析。结果表明,丽江棱子芹的叶绿体基因组具备典型的四分体结构,基因组全长155 057 bp,包含87个蛋白编码基因、 8个核糖体RNA基因和39个转运RNA基因。生物信息学分析结果显示,叶绿体基因组共编码26 075个密码子,编码异亮氨酸Ile的ATT数量最多,除终止子外编码半胱氨酸Cys的TGC数量最少,相对同义密码子使用度最高的为UUA,最少的是AGC; SSR位点共预测到了34个,包括单核苷酸重复序列27个,双核苷酸重复序列4个,以及复合型重复序列3个。丽江棱子芹与棱子芹属(Pleurospermum)其他植物相比较,其基因组大小、基因类型及GC含量相近。利用IQ-TREE软件构建最大似然树,结果表明丽江棱子芹与线裂棱子芹(P.linearilobum)的亲缘关系最近,棱子芹属为多系类群。该研究丰富了丽江棱子芹叶绿体基因组的遗传信息,为丽江棱子芹的分子标记的开发、遗传多样性和谱系地理研究等奠定了理论基础,同时也为构建伞形科...     

胡颓子科叶绿体基因组系统发育分析与演化趋势推断

【目的】为探索胡颓子科叶绿体基因组演化趋势,从而为胡颓子科植物物种鉴定以及资源开发利用提供理论依据。【方法】研究从头组装并注释了沙棘属（Hippophae）和野牛果属（Shepherdia）共4个类群的叶绿体基因组,结合已发表的叶绿体基因组序列,比较了胡颓子科各类群叶绿体基因组的基因构成、重复序列和结构特征,建立了系统发育树,并通过高分化区定位了该科叶绿体基因组的潜在DNA条形码区域。【结果】胡颓子科各属叶绿体基因组在四分体结构、基因数量和排列上高度相似;沙棘属和野牛果属的反向重复区（IR）和整个基因组重复序列数目较胡颓子属有扩张和增加的趋势。基于胡颓子科18个类群的叶绿体全基因组序列的系统发育树中,胡颓子属、沙棘属和野牛果属各自聚为一支,前者先分化出来,沙棘属和野牛果属有最近共同祖先;从长单拷贝区（LSC）和短单拷贝区（SSC）筛选出3个DNA条形码候选区,其中ycf1基因的鉴定效果最佳,基于此构建的各类群系统发育关系与基于全基因组序列的结果一致。【结论】胡颓子科的叶绿体基因组结构保守,但其非编码区序列在各属间存在明显差异,且IR区序列与重复序列在演化过程中分别有扩张和增多的趋势。研究选定的DNA条形码序列能很好区分胡颓子科各属之间以及胡颓子属内物种间关系。     

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。     

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。     

高等植物叶绿体基因组转化的应用

叶绿体基因组转化技术由于其独特的优越性,现已成为植物基因工程的研究热点。本文简单介绍了叶绿体基因组转化技术的原理和方法;并重点综述了该技术在基础研究和实践中的应用。这些应用主要包括利用叶绿体基因组转化技术进行Rubisco的组装,叶绿体基因结构、转录、翻译和RNA编辑等研究;利用叶绿体作为生物反应器生产人生长激素、霍乱毒素抗体、聚羟基丁酸脂和生物弹性蛋白等;获得抗虫、抗病、抗除草剂和耐旱的转基因植物;以及降低转基因植物的外源基因扩散等。     

藻类植物叶绿体基因组研究进展

藻类植物的cpDNA结构复杂,普遍缺失反向重复序列IR,且存在IR的藻类植物种类的cpDNA也有IR变短退化迹象.藻类植物的cpDNA包含的基因一般比高等植物要多,编码能力更强.藻类植物cpDNA全序列的测定方法主要是Fosmid文库构建,配合使用Long-PCR技术.该文对国内外有关藻类植物叶绿体基因组结构、叶绿体编码基因、叶绿体基因组在藻类系统发育中的应用以及藻类植物叶绿体基因组的提取和序列测定方法等进行综述,为藻类植物的系统发育和叶绿体起源以及功能基因组学的研究提供理论依据.     

叶绿体基因组研究进展

作为植物细胞器的重要组成部分和光合作用的器官,叶绿体在生物进化的漫长历史中发挥了重要作用.伴随着生物技术的深入发展,人们发现叶绿体基因组结构和序列的信息在揭示物种起源、进化演变及其不同物种之间的亲缘关系等方面具有重要价值.与此同时,比核转化具有明显优势的叶绿体转化技术在遗传改良、生物制剂的生产等方面显示出巨大潜力,而叶绿体基因组结构和序列分析则是叶绿体转化的基石.基于叶绿体的这些重要作用,收集整理了有关的资料,从几个方面归纳了本领域最近的研究进展,希望能使读者对迅速发展的叶绿体基因组研究有更全面的了解,以及对叶绿体基因组在物种的进化、遗传、系统发育关系等方面的作用有更深刻的认识,同时也希望对叶绿体转化技术的研究和广泛应用产生积极作用.     

红花变豆菜叶绿体基因组结构及同属种间关系研究

红花变豆菜（Sanicula rubriflora F. Schmidt）是有药用价值的植物,全株干燥后与其他药用同属植物易混淆,种间关系存在争议,通过高通量测序技术对红花变豆菜叶绿体基因组测序,利用生物信息学方法对测序数据进行拼接、注释,首次报道红花变豆菜叶绿体基因组结构及特点,利用叶绿体基因组数据,提供种间分类新证据,并且分析相关类群的进化关系。S. rubriflora叶绿体基因组序列的长度为155 721 bp,其中包括一个85 981 bp的大单拷贝区（large single copy,LSC）和一个17 060 bp的小单拷贝区（small single-copy region,SSC）,它们被两个26 340 bp的反向重复区（inverted repeat sequence,IRs）隔开。红花变豆菜叶绿体基因组GC含量为38.20%,包含129个基因,其中84个蛋白质编码基因,37个tRNA基因和8个rRNA基因。红花变豆菜叶绿体基因组结构具有高度保守性,其中编码基因共有51 907个密码子,最多编码5 095个亮氨酸,最少编码689个色氨酸,简单重复序列分析共发现32个位点,大多数是单碱基重复的A/T类型。叶绿体基因组聚类结果支持天胡荽亚科（Hydrocotyloideae）是伞形科（Umbelliferae）内比较原始的类群;变豆菜亚科（Saniculoideae）和芹亚科（Apioideae）为姊妹类群,是伞形科较进化的类群;变豆菜属植物是一个相对自然的类群;红花变豆菜与黄花变豆菜（S. flavovirens）为近缘姊妹种,但是两者形态和地理分布差异较大。该研究结果为变豆菜属属下种间鉴定及其种间演化奠定基础。     

皱边喉毛花及其近缘物种的叶绿体基因组结构与进化分析

为重建喉毛花属下系统发育关系,明晰属下皱边喉毛花及其近缘种之间的物种关系。本研究利用Illumina高通量测序平台对12 个叶绿体基因组进行双末端测序,获得大量高质量的Clean reads用于后续生物信息学分析。结果表明：（1）喉毛花属下物种的基因组差异较小,均在150 kb左右,基因总数为131 个,其中编码基因81 个。IR区核苷酸多态性比SC低,编码区比非编码区更保守。（2）进化分析结果显示,几乎所有的编码基因受到纯化选择的作用。（3）密码子偏好性分析表明有35 个密码子的RSCU值均大于1,说明使用这些密码子的频率较高,各项密码子偏好性衡量指标说明喉毛花属物种的密码子偏好性较弱。（4）系统发育分析表明CDS、密码子位置与基因间隔区数据集构建的系统发育树具有高度一致的拓扑结构,大部分分支的支持率高。这些结果表明皱边喉毛花及其近缘种的叶绿体基因组无明显差异,在系统发育树上无法按物种聚类,也为后续展开喉毛花属下群体遗传学研究提供科学依据。     

The Chloroplast Genome Sequence of Mungbean (Vigna radiata) Determined by High-throughput Pyrosequencing: Structural Organization and Phylogenetic Relationships

Mungbean is an economically important crop which is grown principally for its protein-rich dry seeds. However, genomic research of mungbean has lagged behind other species in the Fabaceae family. Here, we reported the complete chloroplast (cp) genome sequence of mungbean obtained by the 454 pyrosequencing technology. The mungbean cp genome is 151 271 bp in length which includes a pair of inverted repeats (IRs) of 26 474 bp separated by a small single-copy region of 17 427 bp and a large single-copy region of 80 896 bp. The genome contains 108 unique genes and 19 of these genes are duplicated in the IR. Of these, 75 are predicted protein-coding genes, 4 ribosomal RNA genes and 29 tRNA genes. Relative to other plant cp genomes, we observed two distinct rearrangements: a 50-kb inversion between accD/rps16 and rbcL/trnK-UUU, and a 78-kb rearrangement between trnH/rpl14 and rps19/rps8. We detected sequence length polymorphism in the cp homopolymeric regions at the intra- and inter-specific levels in the Vigna species. Phylogenetic analysis demonstrated a close relationship between Vigna and Phaseolus in the phaseolinae subtribe and provided a strong support for a monophyletic group of the eurosid I.     

鲁桑叶绿体基因组序列及特征分析

鲁桑(Morus multicaulis)是亚洲地区栽培的重要经济作物。以鲁桑品种日本胡橙为实验材料, 利用高通量测序技术对鲁桑叶绿体基因组进行测序, 获得NCBI登录号(KU355297), 并研究鲁桑的叶绿体基因组结构。结合前人对蒙桑(M. mongolica)、印度桑(M. indica)和川桑(M. notabilis)的研究结果, 对鲁桑的系统进化关系进行了探讨。研究结果表明: 鲁桑叶绿体基因组是一个典型的四部分结构, 全长159 154 bp, 共注释130个基因, 包含85个蛋白质编码基因(18个基因在反向重复区重复)、37个转运RNA (tRNA)基因和8个核糖体RNA (rRNA)基因。生物信息学分析表明, 在鲁桑中共搜索到82个SSR位点, 单核苷酸、二核苷酸、三核苷酸、四核苷酸和五核苷酸重复基序个数分别为63、7、2、9和1个, 并没有发现六核苷酸; 其中单核苷酸重复在鲁桑的叶绿体基因组SSR中占76.8%。采用MEGA 6.0软件, 通过最大似然法和近邻结合法对包括4个桑属物种在内的15个物种的叶绿体基因组序列进行聚类分析, 2种方法得到的聚类结果均为鲁桑和蒙桑聚在一起。研究结果对叶绿体基因组工程研究及桑属种间的分子标记开发和优良品种培育具有一定的参考价值。     

衣藻叶绿体遗传转化的研究

叶绿体遗传转人是近几年发展起来的新领域。本文主要介绍了叶绿体遗传转化的特点、基本原理和衣藻叶绿体遗传转化的方法与技术;     

毛茛科和芍药科叶绿体基因组密码子特征和系统发育比较

为研究和比较毛茛科和芍药科叶绿体基因组密码子使用模式和系统进化关系,以完成测序的毛茛科33种植物、芍药科7种植物叶绿体基因组为材料,采用分析软件CodonW在线软件CUSP和R软件对叶绿体基因进行密码子特征分析。用MAFFT软件,MEGA软件进行系统发育分析。研究结果表明芍药科植物叶绿体基因组和毛茛科植物（耧斗菜属除外）叶绿体基因组高频密码子一致性高,具有29个高频密码子,基本偏向与于A/U结尾,但最优密码子存在差异。毛茛科和芍药科叶绿体基因组密码子偏好性的形成因素主要受自然选择的影响,且芍药科叶绿体基因组密码子偏好性受自然选择的影响大于毛茛科。基于叶绿体基因组全序列和基于叶绿体基因组CDS序列的系统进化关系表明,芍药科基于叶绿体基因组全序列和基于叶绿体基因组CDS序列的系统进化关系虽然部分不同,但都可以被划分为芍药组和牡丹组。毛茛科基于叶绿体基因组的系统进化关系不符合中国植物志分类关系,但支持把毛茛科划分为4亚科14族。系统进化分析结果也支持芍药科独立于毛茛科和毛茛目,被划分到虎耳草目,同时证明了叶绿体基因组作为超级DNA条形码的可行性。