Lysimachia medogensis（报春花科）的完整叶绿体基因组序列及其系统发育分析

《Mitochondrial DNA Part B》：The complete chloroplast genome sequence of Lysimachia medogensis (Primulaceae) and its phylogenetic analysis

L. medogensis的完整叶绿体基因组（154,167 bp）揭示典型四区结构，包含126个基因（85 CDS、33 tRNA、8 rRNA）。系统发育分析支持其属于Palladia亚属，为后续研究提供重要遗传资源。

　　本研究聚焦于一种在西藏自治区墨脱县特有分布的植物物种——Lysimachia medogensis（F. H. Chen 和 Hu，1979），并首次完成了其完整的叶绿体基因组测序。这一成果不仅为该物种的分类学研究提供了新的视角，也为后续的系统发育分析和保护策略制定奠定了基础。Lysimachia medogensis 是 Lysimachia 属的一个窄域特有物种，该属在 Primulaceae（报春花科）中占据基础地位，具有广泛的地理分布。然而，L. medogensis 的分布范围极为有限，仅在墨脱县的杜雄峡谷流域发现，生长于海拔2600至3100米的高山草甸中。这种地理分布的狭窄性使其成为研究生物多样性和保护生物学的重要对象。

Lysimachia 属在全球范围内广泛分布，尤其是在北半球的温带和亚热带地区，其物种数量约为180种。中国西南部是该属的起源和多样化中心，这里包含了132个物种和17个变种，其中大多数具有严格的特有性。L. medogensis 就是其中的一个典型代表，它不仅在形态上与其他近缘种有显著差异，还在生态适应性和遗传多样性方面具有独特的研究价值。例如，它的茎呈直立且四棱形，叶片无柄且呈倒卵形，基部略微扩大，花序为顶生的穗状花序，花朵呈粉红色，这些特征都使其在分类学上具有高度的识别性。然而，尽管其形态学特征明显，但关于其遗传信息的研究却相对匮乏，直到本研究的开展。

为了填补这一知识空白，研究人员从墨脱县采集了新鲜的叶片样本，并利用先进的高通量测序技术对其叶绿体基因组进行了测序和组装。整个过程包括样本采集、DNA 提取、序列数据的预处理、基因组的组装以及基因注释等关键步骤。通过 Illumina 平台生成的配对末端测序数据经过 fastp 软件的质量控制和过滤处理，确保了数据的高准确性和完整性。随后，使用 GetOrganelle 工具对数据进行分析，成功地组装出了 L. medogensis 的完整叶绿体基因组。该基因组的总长度为154,167个碱基对，GC含量为37.0%，结构上呈现出典型的四部分结构，包括一个大的单拷贝区（LSC，84,223 bp）、一个较小的单拷贝区（SSC，17,994 bp）以及两个反向重复区（IR，各25,975 bp）。这一结构特征与大多数被子植物的叶绿体基因组相似，进一步支持了其在植物进化树中的系统位置。

在基因注释方面，研究人员共识别出126个基因，其中包括85个蛋白质编码基因（CDS）、33个转运RNA基因（tRNA）和8个核糖体RNA基因（rRNA）。这些基因的注释基于已知的 Lysimachia 属物种的叶绿体基因组信息，尤其是以 L. congestiflora（Hemsl, 1889）的基因组（访问号：MK834324.1）作为参考。在注释过程中，研究人员对初始的基因边界、起始和终止密码子以及内含子-外显子结构进行了手动校正，以确保基因功能的准确识别。最终的基因组序列通过 CPGview 工具进行了可视化处理，清晰地展示了其基因排列和结构特征。

为了进一步探讨 L. medogensis 在 Lysimachia 属中的系统发育地位，研究团队基于35个 Lysimachia 物种的完整叶绿体基因组数据，构建了一个系统发育树。该树由最大似然法（Maximum Likelihood, ML）分析得出，并使用了两个外群物种（Androsace henryi 和 Androsace wardii）作为参照。分析结果显示，L. medogensis 被明确归类于 Lysimachia 属的亚属 Palladia 中，与 L. lobelioides 和 L. decurrens 构成一个姐妹群。这一发现不仅加强了我们对 Lysimachia 属内部系统发育关系的理解，也为该属的分类学研究提供了新的证据。

此外，研究还发现了一些有趣的基因结构特征。例如，L. medogensis 的 rps12 基因表现出转剪接的结构，包含三个外显子，其中两个外显子重复出现在反向重复区中。这一现象在其他 Lysimachia 物种中也有报道，但其具体机制和进化意义仍有待进一步研究。同时，有11个基因被发现包含单个内含子，这些内含子的存在可能对基因的表达调控和物种的适应性进化具有重要作用。

本研究的意义不仅在于揭示了 L. medogensis 的叶绿体基因组结构，还在于其对 Lysimachia 属系统发育研究的贡献。Lysimachia 属的系统发育关系一直存在争议，尤其是在亚属划分和物种亲缘关系方面。通过叶绿体基因组数据的分析，研究人员能够更准确地推断出不同物种之间的进化关系，并为未来的分类学研究提供重要的遗传信息。然而，由于目前尚未有 Lysimachia 属中某些亚属（如 Heterostylandra、Lysimachiopsis 和 Seleucia）的叶绿体基因组数据，因此无法对整个属的系统发育关系进行全面评估。未来的研究需要进一步收集这些亚属的基因组数据，以完善 Lysimachia 属的系统发育框架。

L. medogensis 的叶绿体基因组数据也为该物种的保护生物学研究提供了宝贵的资源。由于其分布范围狭窄，且可能受到气候变化、人类活动和生境破坏等因素的影响，该物种面临较高的灭绝风险。通过对其基因组的深入分析，研究人员可以更全面地了解其遗传多样性、种群结构以及潜在的适应性基因。这些信息对于制定有效的保护措施至关重要，尤其是在当前全球生物多样性下降的背景下。此外，该基因组数据还可以用于研究其与其他近缘种的基因流动情况，评估其在生态系统中的功能角色，以及探索其在进化过程中的适应机制。

在实际应用方面，L. medogensis 的叶绿体基因组数据可以作为分子标记工具，用于物种鉴定和亲缘关系分析。叶绿体基因组具有高度的保守性，同时又包含丰富的变异信息，因此在植物分类学和系统发育研究中具有广泛的应用前景。此外，该数据还可以用于研究该物种的生态适应性，例如其在高海拔环境中的生存策略、抗逆基因的来源以及与其他植物的协同进化关系。这些研究不仅有助于理解 L. medogensis 的生物学特性，还能为其他类似窄域特有物种的研究提供参考。

本研究的成果也反映了现代分子生物学技术在植物系统发育和保护生物学中的重要性。随着高通量测序技术的发展，越来越多的植物基因组数据被获取和分析，这为研究植物的进化历史、物种分化以及生态适应性提供了前所未有的可能性。L. medogensis 的叶绿体基因组数据是这一趋势下的一个重要案例，它不仅填补了该物种在遗传学研究上的空白，也为未来相关领域的研究奠定了基础。同时，该研究也强调了在保护生物学中，对特有物种进行基因组研究的必要性，这有助于评估其生存状况、制定科学的保护策略，并为生物多样性的保护提供理论支持。

在伦理方面，本研究严格遵守了国际科学伦理规范，确保了样本采集过程对当地生态系统和生物多样性的影响最小化。研究人员在墨脱县采集叶片样本时，未对当地环境造成任何破坏，且未涉及任何受保护或濒危物种。这一做法不仅符合科学研究的基本原则，也为今后在类似地区进行的植物研究提供了可借鉴的模式。

综上所述，本研究通过对 L. medogensis 叶绿体基因组的测序和分析，不仅揭示了其基因组的结构特征，还明确了其在 Lysimachia 属中的系统发育地位。这些发现为理解该物种的遗传基础、生态适应性和进化历史提供了重要的科学依据，同时也为未来的研究提供了丰富的数据资源。在当前生物多样性保护日益受到重视的背景下，此类研究具有重要的现实意义和科学价值。