东方苦荬菜(菊科莴苣菜族)叶绿体全基因组解析及系统发育研究

这篇研究首次报道了东方苦荬菜(Youngia japonica)152,540 bp的完整叶绿体基因组(cpDNA)，通过比较基因组学揭示了莴苣菜族(Cichorieae)内Youngia与Crepidiastrum属的姐妹群关系，并提出Y. simulatrix的分类地位存疑。研究同时鉴定出psbA-trnH区可作为区分近缘种Y. japonica与Y. longiflora的高效分子标记，为菊科(Asteraceae)系统发育研究提供了重要基因组资源。

　　

Abstract

研究团队首次完成东方苦荬菜(Youngia japonica)叶绿体全基因组测序，该环状基因组全长152,540 bp，包含典型的四段式结构：大单拷贝区(LSC, 84,047 bp)、小单拷贝区(SSC, 18,445 bp)和两个反向重复区(IRs, 25,024 bp)。注释显示其含131个基因，包括86个蛋白编码基因、8个rRNA和37个tRNA，GC含量37.8%。特别值得注意的是发现11个顺式剪接基因和反式剪接基因rps12。

Introduction

作为菊科莴苣菜族的模式物种，东方苦荬菜是兼具药用价值与分类争议的典型代表。其高度多态性的瘦果特征与持续冠毛等形态特征导致物种界定困难，而抗癌、抗病毒等药理活性又使其成为天然产物研究热点。在韩国分布的Y. japonica与Y. longiflora主要通过花器大小、表皮毛密度等微形态特征区分。菊科作为被子植物最大科之一，其莴苣菜族因大量杂草物种存在导致属间界限模糊，尤其Youngia与Crepidiastrum两属的系统关系长期存在争议。

Materials and methods

研究材料采自韩国庆尚北道浦项市（北纬36°01.5872"，东经129°37.3720"），凭证标本保存于庆北大学标本馆（编号JHP_2017-C2）。采用Illumina Hiseq4000平台产生35,470,034条读长，以Crepidiastrum lanceolatum (MK358413)为参考基因组进行组装，最终获得覆盖深度803.1×的完整叶绿体基因组（NCBI登录号MK358417）。系统发育分析纳入19个莴苣菜族物种，以Tragopogon dubis和Senecio vulgaris为外群，使用RAxML构建最大似然树。

Results

基因组图谱分析显示重复序列主要分布在LSC区，其中直接重复（红色）与回文重复（绿色）呈特征性分布模式。系统发育树强烈支持（bootstrap=100%）Youngia与Crepidiastrum形成单系群，但Y. simulatrix意外聚于Ixeris-Ixeridium分支。比较基因组发现Y. japonica与Y. longiflora在psbA-trnH区存在0.51%变异位点，显著高于atpB-rbcL(0%)和trnL-trnF(0.11%)，而两者与Y. gracilipes的差异分别达3.88%、14.06%和1.61%。

Discussion and conclusion

该研究首次从基因组层面证实Youngia与Crepidiastrum的姐妹群关系，但Y. simulatrix异常的系统位置提示需重新评估其分类地位。psbA-trnH区的高变特性使其成为区分近缘种的理想分子标记，这对菊科杂草物种的快速鉴定具有重要意义。研究同时验证了莴苣菜族内Taraxacum-Soroseris等4个稳定进化支的存在，为完善菊科系统分类框架提供了新证据。

Ethical approval

所有研究活动均遵循忠北大学与庆北大学伦理规范。

Data availability statement

基因组数据已保存于NCBI（MK358417），相关原始数据可通过BioProject PRJNA1210683获取。