濒危物种Ephedra rhytidosperma（麻黄科）的完整叶绿体基因组序列：揭示其基因组特征及进化关系

《Mitochondrial DNA Part B》：The complete chloroplast genome sequence of the endangered species: Ephedra rhytidosperma (Ephedraceae): insights into genome features and evolutionary relationships

Ephedra rhytidosperma的叶绿体基因组首次完整测序，揭示其典型四分区结构（LSC、IRa、IRb、SSC），含118个完整基因，GC含量36.8%。系统发育分析表明该物种与E. minuta等7种近缘种形成单系群，支持其亲缘关系。研究为荒漠化控制及药用开发提供分子基础。

　　Ephedra rhytidosperma，这一物种属于Ephedraceae科，是该科中具有重要生态意义的植物之一。它在荒漠化控制中扮演着关键角色，因其强大的固沙能力而受到广泛关注。此外，它还被长期用作中国的重要药用植物，具有多种药用价值。然而，尽管其生态和药用价值显著，E. rhytidosperma的基因组研究却相对滞后，尤其是其叶绿体基因组尚未有系统性的报道。本文首次对E. rhytidosperma的叶绿体基因组进行了完整组装，揭示了其典型的四分体结构，为该物种的遗传和基因组研究奠定了坚实基础。

E. rhytidosperma是一种典型的雌雄异株的灌木植物，主要分布在中国宁夏地区，生长于山地和洪积扇等环境。它的根系发达，能够有效抵抗干旱、寒冷和沙埋等恶劣条件，这使得它在沙漠环境中具有极强的适应性和生存能力。同时，该植物含有丰富的化学成分，能够用于治疗感冒、哮喘、过敏性鼻炎和荨麻疹等多种疾病。这些特性使其在生态修复和医药领域具有重要应用价值。然而，由于研究资源的有限以及其分布范围相对较小，该物种在学术界的关注度仍然较低，尤其是在叶绿体基因组的研究方面。

叶绿体基因组是植物细胞中的一种重要遗传物质，具有半自主性。它通常由环状双链DNA分子组成，长度在70至210千碱基对（kb）之间，编码约130个基因。在大多数植物中，叶绿体基因组具有母系遗传的特点，且其结构和基因组成相对保守。因此，叶绿体基因组在研究植物的起源、系统发育关系、物种鉴定和分类等方面具有重要的科学价值。它不仅是植物进化研究的重要工具，还为植物基因组学提供了丰富的数据支持。近年来，随着高通量测序技术的发展，越来越多的植物叶绿体基因组被解析，为相关研究提供了新的视角和方法。

本文的研究对象是E. rhytidosperma的叶绿体基因组，这是首次对该物种进行的完整组装。研究团队通过采集宁夏贺兰山地区的健康新鲜枝条，并使用硅胶进行干燥处理，确保了样本的质量和完整性。随后，通过改进的CTAB方法提取了总基因组DNA，并利用Illumina NovaSeq 6000平台进行高通量测序，获得了高质量的基因组数据。这些数据经过预处理和质量过滤后，被用于叶绿体基因组的组装。通过使用NOVOPlasty 4.3.3软件进行从头组装，并以Ephedra intermedia的叶绿体基因组作为参考种子，最终获得了完整的E. rhytidosperma叶绿体基因组序列。

研究结果显示，E. rhytidosperma的叶绿体基因组长度为109,545个碱基对，GC含量为36.8%，共编码了118个完整的基因。这些基因包括73个蛋白质编码基因（PCGs）、8个核糖体RNA基因（rRNAs）和37个转运RNA基因（tRNAs）。此外，该基因组还包含一个转剪接基因和七个顺式剪接基因。这一结构特征与已知的其他Ephedra属植物的叶绿体基因组相似，进一步验证了其分类学地位和进化关系。

为了进一步探讨E. rhytidosperma在Ephedra属中的系统发育位置，研究团队从NCBI GenBank中检索了42个代表性物种的叶绿体基因组数据，并构建了基于60个PCGs的系统发育树。通过使用最大似然（ML）和贝叶斯推断（BI）两种方法，研究结果表明，E. rhytidosperma与E. minuta、E. gerardiana、E. monosperma、E. equisetina、E. fedtschenkoae和E. likiangensis等物种形成了一个单系群，显示出它们之间密切的进化关系。这一发现为Ephedra属的系统发育研究提供了新的数据支持，有助于进一步理解该属植物的演化历史和分类特征。

在系统发育分析中，研究团队使用了多种软件和方法，以确保结果的准确性和可靠性。例如，使用PRANK v.130410对蛋白质编码基因进行比对，并通过Plann v1.1和Geneious v11.0.3进行基因组注释和手动验证。同时，利用Samtools对测序深度进行分析，确保了基因组组装的质量。此外，研究团队还通过CPGView网站对基因组结构进行了可视化，帮助研究人员更直观地理解其基因排列和功能分类。

研究还发现，非编码区域的序列变异程度高于编码区域，这表明非编码区域在植物进化过程中可能扮演了更为重要的角色。这种较高的进化速率可能为自然选择提供了丰富的变异材料，从而影响了物种的适应性和分化过程。因此，未来的研究应重点关注E. rhytidosperma的密码子使用偏倚和种群水平的基因组多样性，以进一步揭示其叶绿体基因组的结构变异和进化机制。此外，扩大Ephedra属中完整叶绿体基因组的收集和研究，将有助于更全面地理解该属植物的进化动态和生态适应性。

本研究的成果不仅为E. rhytidosperma的遗传和基因组研究提供了重要的基础数据，也为相关物种的系统发育分析和分类学研究提供了新的视角。通过揭示该物种的叶绿体基因组结构和进化关系，研究团队为未来在植物基因组学和生态学领域的进一步探索奠定了基础。同时，这些数据的公开共享，也有助于推动全球范围内对该物种的研究，促进其在生态修复和药用开发方面的应用。此外，研究过程中遵循了国际自然保护联盟（IUCN）和《生物多样性公约》（CBD）等组织的相关伦理和法律指南，确保了研究的合法性和科学性。

总之，本文通过首次完整组装E. rhytidosperma的叶绿体基因组，揭示了其基因组结构和进化关系，为该物种的遗传研究和分类学提供了新的数据支持。这一研究不仅有助于理解Ephedra属植物的系统发育和演化历史，也为进一步探讨其在生态修复和药用价值方面的潜力提供了科学依据。未来的研究应继续深入分析该物种的基因组特征，特别是在非编码区域的变异和密码子使用偏倚方面，以揭示其更深层次的遗传机制和生态适应性。同时，扩大对Ephedra属其他物种的叶绿体基因组研究，将有助于更全面地理解该属植物的进化动态和分类学地位。