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为解决益母草（Leonurus japonicus）线粒体基因组（mtDNA）未被探索，限制其分子生物学研究的问题，研究人员开展了益母草 mtDNA 的测序、组装及多方面分析研究。结果成功组装出其完整 mtDNA，发现诸多基因组特征。该研究为益母草分子遗传学等研究提供重要数据1316。
在植物的微观世界里，线粒体就像一个个小小的能量工厂，默默为细胞的生命活动提供着关键动力。益母草（Leonurus japonicus）作为一种在亚洲广泛分布，集药用、食用和观赏价值于一身的植物，一直备受关注。传统中医中，益母草常被用于促进血液循环、调节月经等，其蕴含的多种化合物，如黄酮类、生物碱等，展现出抗菌、抗炎等多种药理活性。然而，在科研领域，尽管对益母草的研究已经涉及形态学、遗传学等多个方面，但它的线粒体基因组（mtDNA）却始终是一个未解之谜
2。
线粒体基因组在植物的遗传机制研究、物种分类以及适应逆境等方面有着举足轻重的地位。但由于植物 mtDNA 结构复杂，易受核基因组干扰，其研究进展一直较为缓慢。目前，虽然许多物种的叶绿体基因组（cpDNA）已被广泛研究，但植物 mtDNA 的报道数量远不及 cpDNA。就益母草而言，其核基因组和 cpDNA 已被报道，mtDNA 却缺失，这严重阻碍了对其关键基因生物学功能的深入探究43。
为了填补这一空白，广东省农业科学院、湖北民族大学等研究机构的研究人员开展了深入研究。他们成功组装出益母草完整的 mtDNA，并进行了多方面的分析，相关成果发表在《Scientific Reports》上。这一研究成果为益母草的分子遗传学、动态进化以及物种鉴定提供了重要参考数据，推动了这一重要药食两用植物资源的保护和开发116。
研究人员采用了多种关键技术方法。在样本处理上，选取在广东省农业科学院白云实验基地种植 5 个月的益母草新鲜叶片，经液氮速冻后提取总 DNA。测序方面，运用 Illumina 和 SMRT 测序技术获取高精度读数。在基因组组装和注释环节，使用多种软件对测序数据进行处理和分析，如用 Canu、Bowtie 2、Unicycler 软件进行组装，用 BLAST、tRNAscan-SE、Open Reading Frame Finder 等软件进行注释1718。
下面来看看具体的研究结果：
- 益母草 mtDNA 的特征：通过组装，发现益母草 mtDNA 全长 382,905bp，GC 含量为 45.13%。共鉴定出 51 个基因，包括 15 个 tRNA 基因、32 个蛋白质编码基因（PCGs）和 4 个 rRNA 基因。同时，多个基因含有内含子，部分基因存在多拷贝现象5。
- RNA 编辑位点的预测：研究人员预测在 32 个 PCGs 中共有 480 个 RNA 编辑位点，大部分为胞嘧啶 - 尿嘧啶（C-U）类型。这些编辑位点在不同基因中的分布不均，ccmB 基因的编辑位点最多。RNA 编辑还导致了部分氨基酸性质的改变6。
- 重复序列分析：在益母草 mtDNA 中存在多种重复序列，如分散重复序列（DSR）、串联重复序列（TSR）和简单序列重复（SSR）。DSR 有 49 个，多数长度在 30 - 70bp；预测出 10 个 TSR，匹配率高；鉴定出 74 个 SSR，二核苷酸重复最为常见7。
- 细胞器基因组间的同源序列分析：研究发现益母草 mtDNA 与 cpDNA 之间存在 28 个同源序列片段，总长度为 21,113bp，涉及 10 个 mtDNA 基因的迁移。部分基因在两个基因组中完全匹配或部分匹配8。
- 相对同义密码子使用（RSCU）分析：RSCU 分析显示，益母草 mtDNA 中有 28 个密码子的 RSCU＞1，为高频使用密码子，且多数以 A/U 结尾，表明密码子使用存在偏好性9。
- Ka/Ks 分析：通过比较益母草与其他 5 种唇形科植物的 Ka/Ks 比值，发现多数 PCGs 的 Ka/Ks 值小于 1，处于负选择，高度保守；但 ccmB、mttB 和 rps10 基因的 Ka/Ks 值大于 1，可能受到正选择1011。
- 系统发育分析：基于 24 个物种 mtDNA 的 21 个共享 PCGs 构建系统发育树，结果表明唇形科与茄科关系较近，益母草属和黄芩属在唇形科中关系最为密切，为姐妹群12。
在讨论部分，研究人员指出，益母草 mtDNA 呈典型的环状结构，其 GC 含量与其他唇形科植物相似，相对保守。RNA 编辑在植物生命活动中起关键调节作用，益母草 mtDNA 中与细胞色素 c 生物合成和 NADH 脱氢酶相关的基因编辑位点较多，可能与唇形科植物的能量代谢和氧化还原稳态密切相关。此外，重复序列在遗传研究中具有重要意义，益母草 mtDNA 中 SSR 的分布特征可能反映了其独特的进化压力和生态适应性131415。
总的来说，该研究首次成功组装益母草完整的 mtDNA，深入分析了其基因组特征、RNA 编辑、重复序列等内容。研究结果不仅揭示了益母草线粒体基因组的奥秘，也为其他植物的线粒体基因组研究提供了参考。同时，这一成果有助于深入理解益母草的分子遗传学机制、系统进化关系，为益母草的品种改良、资源保护和合理利用奠定了坚实的理论基础，在药用植物研究领域具有重要的科学价值和应用前景116。
