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为探究丹参属线粒体基因组的多样性与进化，研究人员对一串红（Salvia splendens）线粒体基因组进行测序与分析。结果发现其主要构型为两条环状染色体，还鉴定出重复序列、RNA 编辑位点等，并开发了 12 个线粒体标记。这为丹参属物种鉴定提供了新工具。
在植物的微观世界里，线粒体基因组就像隐藏在细胞深处的神秘密码，蕴含着植物进化与遗传的关键信息。在丹参属植物研究领域，虽然此前已解析了丹参（S. miltiorrhiza）和药用鼠尾草（S. officinalis）的线粒体基因组，但对于该属其他物种的线粒体基因组仍知之甚少。这就好比拼图缺少了关键的几块，使得我们对丹参属线粒体基因组的整体认知存在诸多空白，难以全面了解其多样性和进化规律。
为了填补这些空白，中国医学科学院药用植物研究所的研究人员开展了对一串红（Salvia splendens）线粒体基因组的深入研究。他们的研究成果发表在《Scientific Reports》上，为我们打开了一扇了解丹参属植物的新窗口。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，利用 Nanopore 和 Illumina 平台对一串红总 DNA 进行测序，通过混合组装策略获得线粒体基因组序列；其次，借助多种生物信息学工具，如 ROUSfinder、tRNAscan - SE 等进行基因组注释、重复序列分析等；最后，运用系统发育分析方法构建系统发育树，明确物种间的亲缘关系 。
下面来详细看看研究结果：
- 一串红线粒体基因组结构分析：通过测序和组装，发现一串红线粒体基因组主要由两条环状染色体（MC1 和 MC2）组成，长度分别为 182,239bp 和 165,055bp，GC 含量分别为 44.84% 和 44.43%。注释出 51 个基因，包括 32 个蛋白质编码基因（PCGs）、3 个 rRNA 基因和 18 个 tRNA 基因 。与其他丹参属物种线粒体基因组比较发现，存在一定的序列差异和可变基因。
- 重复序列及其参与的重组：在一串红线粒体基因组中找到 56 对重复序列，其中 R01、R04 和 R07 可介导重组。R01 最长且重组频率最高（40.74%） ，通过 PCR 扩增和 Sanger 测序验证了相关重组产物。此外，还检测到串联重复序列和简单序列重复（SSRs），这些序列可用于物种鉴定等研究。
- 线粒体质体序列（MTPTs）的鉴定：通过比对线粒体和质体基因组序列，发现一串红线粒体中存在 28,175bp 的质体来源 DNA，分布在 15 个不同位点。部分 MTPTs 含有功能基因，且所有 MTPTs 均得到长读长映射结果的支持。
- RNA 编辑位点的鉴定：共鉴定出 457 个 RNA 编辑位点，其中多数导致非同义密码子变化，主要氨基酸改变类型包括 Pro 变为 Leu、Ser 变为 Leu 和 Ser 变为 Phe 等。与其他物种比较发现，RNA 编辑位点在种内比种间更保守。
- 基于线粒体和质体基因组的系统发育分析：构建的系统发育树显示，一串红与丹参互为姐妹群，且基于线粒体基因组和质体基因组的系统发育关系一致。
- 基于线粒体内含子的种间鉴定遗传标记：通过比对线粒体内含子序列，开发了 12 个用于区分丹参、药用鼠尾草和一串红的内含子标记，这些标记能有效识别不同物种间的变异位点。
在研究结论和讨论部分，研究人员指出，一串红线粒体基因组主要构型为两条环状染色体，存在多种可能的构型，由重复序列介导的重组产生。RNA 编辑在植物线粒体生物学过程中具有重要作用，且在丹参属物种间存在一定的保守性。开发的线粒体内含子标记优于传统叶绿体标记，为丹参属物种鉴定提供了有力工具。这一研究成果不仅丰富了我们对丹参属线粒体基因组的认识，还为后续植物进化、遗传多样性研究以及物种鉴定等方面提供了重要的理论依据和技术支持，推动了植物学和医学相关领域的进一步发展。
