Elatostema lineolatum var. major 的质体重新组装与比较基因组学研究：揭示荨麻科植物的同源基因、系统发育关系以及242个质体的比较分析

《Biology Bulletin Reviews》：De Novo Plastome Assembly and Comparative Genomics of Elatostema lineolatum var. major: Insights into Urticaceae Orthologs, Phylogeny, and Comparative Analysis of 242 Plastomes

该研究首次完成野生可食用植物Elatostema lineolatum var. major基因组测序，揭示其典型四分体结构（LSC、SSC、IR），含131基因。比较分析显示与近缘种高同源性，鉴定11个高变区（ycf1可作为DNA条形码），SSRs为分子标记。系统发育和正选择分析表明其适应Bhutan多样化环境，为乌绒科进化及生物多样性研究提供资源。

　　

摘要

本研究首次完成了来自不丹康隆（Kanglung）的野生可食用植物Elatostema lineolatum var. major的完整质体基因组分析。该基因组长度为150,292 bp，具有典型的四部分结构，包括一个较大的单拷贝区域（LSC，83,953 bp）、一个较小的单拷贝区域（SSC，17,207 bp）以及两个反向重复序列（每个24,566 bp）。该基因组编码了131个基因，其中86个为蛋白质编码基因，37个为tRNA，8个为rRNA。比较分析显示Elatostema属物种间存在高度的基因同源性和基因序列保守性，进一步证实了其单系性。对242个荨麻科（Urticaceae）植物质体的分析表明，这些质体具有相似的结构，基因组大小介于142,627至170,958 bp之间（平均：154,906.10 ± 5,432.30 bp）。基因组中的GC含量（碱基对百分比）略有差异（35.32–37.22%，平均：36.31 ± 0.47%），与Procris crenata（36.5%）和Urtica fissa（36.60%）的数值一致。四部分结构在荨麻科植物中保持稳定，LSC、SSC和IR区域的长度分别为83,919.20 ± 4,288.10 bp、18,611.88 ± 2,407.50 bp和26,186.78 ± 3,841.20 bp。通过核苷酸多样性分析鉴定出11个高变异区域，其中ycf1被认为是有潜力的DNA条形码标记。此外，简单序列重复（SSR）序列在群体遗传学研究中具有重要的分子标记作用。系统发育分析表明E. lineolatum与E. dissectum关系密切，支持它们近期发生分化。同源基因分析揭示了该物种的进化稳定性，有助于其分类学研究。Ka/Ks分析显示ycf2基因经历了正向选择，表明该基因在不丹多样的生态环境中具有适应性。本研究揭示了这种野生可食用植物E. lineolatum的基因组结构和进化动态，有助于我们理解荨麻科的进化过程，并为未来关于生物多样性、保护及其在不丹生态意义的研究提供了宝贵资源。