植物的叶绿体基因组

对植物叶绿体基因组的特征,叶绿体编码基因,叶绿体基因表达调控以及叶绿体基因转化等内容进行了介绍和评述。     

叶绿体基因组的结构及叶绿体基因

七十年代以来,随着分子生物学的迅速发展,人们对生命活动过程的认识能力有了很大的飞跃。已经开始从分子水平,或者说从基因,基因表达,基因调控的水平去探索各种生命活动过程的分子机制。从植物生理领域来说,人们已经开始探索或已有一定程度的研究与光合作用,生长发育,细胞分化,生物固氮,抗性,激素等有关的基因和基因表达。可以预计在近几十年内植物分子生物学的研究     

叶绿体基因组的构造

叶绿体是植物细胞中一种扁椭圆形的细胞器,具有光合作用这一重要功能。它能够利用太阳辐射中的能量,把二氧化碳和水转变为碳水化合物和氧气,使地球上所有生物得以生存。长期以来,科学家们为揭示光合作用的机制付出了艰辛的努力,使我们对有关的光化学反应以及酶催化反应有了系统的了解;与此同时,科学家们还一直企图在基因水平上来阐明基因物质和叶绿体功能的关系,以期望最终能通过基因的改造来进一步提高植物的光合效率。本文就近年来在叶绿体基因组构造上所取得的重大进展作一概述。     

叶绿体基因组与叶绿体基因表达的调节

对叶绿体基因组的测序和已鉴定出的叶绿体编码基因及不同水平上叶绿体基因表达的调控机制的研究进展进行了概述。     

烟草叶绿体基因组和线粒体基因组SSR位点分析

利用生物信息学方法对烟草叶绿体和线粒体基因组数据中的SSR信息进行了分析.结果表明,在叶绿体和线粒体基因组中分别获得186和578个SSR位点,SSR间的平均距离分别为838 bp和745 bp.在SSR的分布区域上,绝大多数SSR位点分布在UTR(尤其是5’UTR)区域;在SSR重复碱基类型上,主要集中在二、三碱基重复,二者占总SSR位点的90％以上,其中三碱基重复类型丰度最高.利用全部657对SSR引物在供试的10份烟草材料中进行扩增,发现所有引物均能获得目的片段,但在普通烟草内品种间并未检测到多态性,而在烟草种间有26对叶绿体基因组SSR引物和178对线粒体基因组SSR引物扩增出多态性条带,表明来源于烟草叶绿体基因组和线粒体基因组的SSR标记适合用于烟草种间进化、分类、遗传多样性等方面研究.     

叶绿体基因组进化的速率和方式

叶绿体是植物细胞重要的细胞器,叶绿体基因组被广泛用于系统进化的研究。对叶绿体基因组进化的速度和方式进行了介绍,并对造成其特异的点突变的原因进行了一定的分析。     

利用DNA芯片技术高效合成OstreococcusTauri叶绿体基因组

目的：21世纪以来,随着合成生物学的高速发展及其所遇到的问题,开发下一代DNA合成技术已经成为了必然趋势。基因芯片技术和DNA大片段组装技术是建立下一代DNA合成平台的关键技术力量。方法：为了开发具有工业化标准的DNA芯片一基因组合成平台,我们首次利用电化学DNA芯片和DNA大片段组装技术合成了72kb的Ostreococcusmud的全叶绿体基因组。结果：首先,我们使用电化学DNA芯片合成仪合成了564条150bp的OligoMix,并成功扩增分离了其中96％的Oligo序列,剩下的基因组序列是通过传统的固相亚磷酰胺三脂合成法合成。在此基础上,我们利用DNA重组技术将564条150bpOligo片段分三步克隆到了一个pGSYN系统。通过高通量测序,我们证实叶绿体基因组被成功地人工合成。整个合成成本大约是目前传统基因合成成本的10％．20％。结论：研究证实基因芯片技术和DNA大片段组装技术的应用是能够明显的降低现阶段基因组合成工艺的成本。新技术的成熟推广和成本的有效控制也会进一步加速科学家对基因组功能的深入研究以及合成生物学的质的飞跃。     

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。     

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。     

叶绿体基因组的结构研究进展

本文根据最近由两组日本科学家首次测定出来的两种植物(地钱和烟草)叶绿体基因组的完整序列,通过此较孢子植物(地钱)和被子植物(烟草)的叶绿体基因组,主要介绍叶绿体基因组中的基因表达系统、能量系统、代谢物质输运系统和RNA加工系统的基因及其研究近况。     

高等植物叶绿体基因组的转化

介绍了高等植物叶绿体基因组转化技术的原理和优点,外源基因导入叶绿体基因组的方法,外源基因与叶绿体基因组的整合及其表达,常用的叶绿体基因组转化的筛选标记基因及其去除的研究进展.     

菊科植物叶绿体基因组特征分析

基于高通量测量技术的发展,目前在GeneBank数据库中已获得了27种菊科植物叶绿体基因组全序列。尽管叶绿体基因组全序列在捕获进化事件的功能方面是有一定分歧的,但由于其高度的保守性和较低的进化速率,使其在不同物种间的系统进化研究中具有更好的统一性,从而使叶绿体基因组全序列成为一个更适合研究分子系统发育与分子生态学的宝贵工具。本研究对27种菊科植物叶绿体全基因组序列进行了系统分析,内容包括全基因组序列的大小,基因组容量,LSC,SSC,IR-LSC/SSC边界,假基因和DNA条形码等。基于上述信息,植物叶绿体基因组为菊科植物的分类鉴定和定位提供了更加准确的证据。     

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。     

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。     

长柄扁桃叶绿体基因组比较

蔷薇科桃属植物长柄扁桃Amygdalus pedunculataPall.是我国重点发展的12种木本油料作物之一。将自然生长在陕西省榆林市毛乌素沙地的长柄扁桃进行高通量测序、组装得到了GenBank登录号为MG602257的长柄扁桃叶绿体基因组。与NCBI中其他两个长柄扁桃叶绿体基因组(MG869261和KY101153)进行序列比对发现:长柄扁桃叶绿体基因组均呈现典型的4分区域结构;基因组序列GC含量均是36.8%;总长度MG602257相似文献   

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。     

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。     

利用叶绿体基因探讨稻属BBCC基因组物种的系统起源

基于9个叶绿体基因片段(atpA、atpB、matK、petA、psaA、psbA、psbB、psbC和rbcL), 深入探讨了稻属(Oryza)3个BBCC基因组异源四倍体和5个与之相关的BB或CC基因组二倍体物种间的谱系关系。进一步的系统发育分析表明: 3个具有相同BBCC基因组的四倍体物种并非同一次物种形成事件的产物, 而是在不同的分布区经历了至少3次分别的物种起源。其中, 四倍体Oryza punctata的母本可能来自同样分布在非洲并具有CC基因组的二倍体物种O. eichingeri; 而四倍体O. malampuzhaensis和O. minuta的母本则可能来自亚洲已经灭绝的具有BB基因组的不同二倍体。研究结果不但为追溯稻属异源四倍体的复杂网状进化提供了重要的分子证据, 而且拓展了我们对有花植物复杂物种形成的深入理解。