狭叶卷柏（Bolbitis angustipinna (Hayata) H. Ito，属于鳞毛蕨科）的完整叶绿体基因组序列

《Mitochondrial DNA Part B》：The complete chloroplast genome sequence of Bolbitis angustipinna (Hayata) H. Ito (Dryopteridaceae)

Bolbitis angustipinna的叶绿体基因组测序完成，包含152562bp，含72个蛋白质编码基因、35个tRNA和8个rRNA基因。系统发育分析显示其与B deltigera亲缘关系最近，支持Bolbitis与Elaphoglossum的姐妹类群地位，为蕨类植物分类和保育提供新数据。

　　本研究聚焦于一种罕见的观赏蕨类植物——Bolbitis angustipinna，并对其完整的叶绿体基因组进行了测序、组装与分析。该植物主要分布于东亚和东南亚地区，因其独特的形态和观赏价值，在园艺设计和景观布置中备受青睐。然而，尽管其在生态和园艺领域具有重要地位，目前关于其叶绿体基因组的研究仍较为有限。因此，本研究旨在填补这一空白，通过深入分析其基因组结构，揭示其在植物系统发育中的位置，为蕨类植物的分类、进化关系及保护工作提供科学依据。

叶绿体基因组是植物细胞中重要的遗传物质，其结构和组成能够反映物种的进化历史和系统发育关系。在本研究中，B. angustipinna的叶绿体基因组全长为152,562个碱基对（bp），由一个大单拷贝区（LSC）、一个小单拷贝区（SSC）以及两个反向重复区（IRa和IRb）组成。其中，LSC区域长度为82,712 bp，SSC区域为21,434 bp，而每个IR区域则为24,208 bp。这种四分体结构在大多数被子植物和蕨类植物中普遍存在，体现了叶绿体基因组的基本组织模式。

整个叶绿体基因组中编码了115个基因，包括72个蛋白质编码基因、35个tRNA基因和8个rRNA基因。其中，有12个基因是重复的，涉及4个rRNA基因、5个tRNA基因和3个蛋白质编码基因。这些重复基因的出现可能是由于基因组的复制机制或进化过程中的基因扩增现象。此外，研究还发现了6个需要顺式剪接的基因以及一个需要转式剪接的基因，这些基因的剪接方式对理解叶绿体基因表达调控机制具有重要意义。

叶绿体基因组的GC含量是衡量其遗传特征的重要指标之一。在本研究中，B. angustipinna的叶绿体基因组整体GC含量为42%，其中反向重复区的GC含量最高，达到45.2%，其次是大单拷贝区（41.1%），而小单拷贝区的GC含量最低，为38.4%。这一GC含量分布模式与许多其他蕨类植物相似，但可能因物种的不同而有所差异。GC含量的高低通常与基因组的进化速率、基因功能和结构稳定性相关，因此对GC含量的分析有助于进一步探讨该植物的遗传特性。

通过使用多种生物信息学工具，研究人员成功地对< i>B. angustipinna的叶绿体基因组进行了注释和可视化。其中，CpGAVAS2在线工具和CPGView软件被用于基因组的注释和图谱绘制，而Geneious 9.0.2软件则用于手动验证和优化注释结果。最终的注释结果通过Chloroplot工具生成了环形图谱，直观展示了基因组的结构和基因分布情况。这一图谱不仅有助于理解该植物的基因组组织，也为后续的基因功能研究提供了基础。

在系统发育分析方面，研究人员利用15种蕨类植物的完整叶绿体基因组数据构建了系统发育树。其中，Tectaria decurrens作为外群，用于校准系统发育关系。分析结果显示，B. angustipinna与B. deltigera具有最紧密的亲缘关系，且这一关系得到了最大似然法（ML）和贝叶斯推断法（BI）的强烈支持（MLBS：100%，PP：1）。这表明，B. angustipinna和B. deltigera在进化过程中可能存在较为接近的分化路径，或者在某些关键基因上具有高度的相似性。

此外，系统发育分析还揭示了Bolbitis和Elaphoglossum两个属之间的姐妹关系（MLBS：100%，PP：1），这一发现与之前的研究结果一致。这一姐妹关系的存在，进一步支持了蕨类植物系统发育研究中的某些分类假设，也为理解这两个属的进化关系提供了新的证据。通过构建系统发育树，研究人员不仅明确了B. angustipinna在蕨类植物中的分类地位，还揭示了其与其他物种之间的遗传联系，为未来的分类学研究奠定了基础。

在植物学研究中，叶绿体基因组的分析不仅有助于理解物种的进化历史，还能为植物的保护和繁殖提供重要信息。由于B. angustipinna被列为中国生物多样性红色名录中的易危（VU）物种，其对环境变化的敏感性使得保护工作尤为重要。通过分析其叶绿体基因组，研究人员可以进一步了解该植物的遗传多样性、适应性以及潜在的保护策略。此外，该研究还提供了有关其基因组结构和基因功能的详细信息，为后续的基因组学研究提供了宝贵的资源。

在园艺和景观设计领域，B. angustipinna因其独特的形态和观赏价值而受到关注。该植物通常生长在热带和亚热带地区的溪流边、密林中或岩石上，其侧生羽片数量较多（15-20对），形成美观的植物形状。然而，由于其分布范围有限且种群数量较少，该植物在园艺应用中的潜力尚未得到充分开发。通过对其叶绿体基因组的深入研究，可以进一步探索其在园艺繁殖和栽培中的应用，为相关领域的研究提供新的思路。

本研究的另一个重要贡献在于，它为蕨类植物的系统发育研究提供了新的数据支持。通过比较不同蕨类植物的叶绿体基因组，研究人员能够更准确地确定它们之间的进化关系，从而优化现有的分类系统。此外，该研究还揭示了叶绿体基因组在植物分类中的重要作用，尤其是在某些具有特殊生殖特征的物种中。例如，B. angustipinna的胚胎发育模式被认为是蕨类植物分类和系统发育研究中的一个标志性特征，这一特征有助于理解相关物种的进化路径。

从生态学角度来看，B. angustipinna的分布和生长环境反映了其对特定生态条件的适应性。该植物通常生长在湿润、阴凉的环境中，这可能与其叶绿体基因组中某些基因的表达模式有关。例如，某些与光合作用相关的基因可能在该植物中表现出不同的调控机制，以适应其生长环境。通过分析这些基因的功能和表达模式，研究人员可以进一步探讨该植物的生态适应性及其在生态系统中的作用。

在基因组学研究中，叶绿体基因组的组装和注释是一项复杂而细致的工作。本研究中使用的GetOrganelle 1.7.5工具包结合了SPAdes 3.11和Bowtie2等软件，能够高效地进行基因组的拼接和比对。此外，研究人员还使用了SAMtools v1.21来计算基因组的覆盖深度，并通过ggplot2在R语言环境中生成了序列深度和覆盖图谱，以评估测序的效率和数据质量。这些工具和技术的应用，使得研究人员能够更准确地获得完整的叶绿体基因组序列，并对其进行详细的分析。

为了确保研究的科学性和可靠性，本研究严格遵循了相关的伦理规范。所有样本均按照作者所在机构和国家及国际法规合法采集，且在野外调查过程中遵守了当地的法律法规。由于该研究未涉及人类、动物或濒危植物样本，因此不需要伦理审批或特殊许可。此外，研究人员还提供了补充材料，包括详细的实验数据和分析结果，以支持研究的结论。

本研究的成果不仅对蕨类植物的分类和系统发育研究具有重要意义，也为该植物的保护和可持续利用提供了科学依据。通过揭示其叶绿体基因组的结构和功能，研究人员能够更全面地了解该植物的遗传特性，为未来的遗传改良和繁殖研究提供基础。此外，该研究还强调了叶绿体基因组在植物分类和系统发育分析中的重要性，特别是在某些具有特殊生殖特征的物种中，叶绿体基因组的分析可以为理解其进化路径提供关键线索。

在未来的植物研究中，叶绿体基因组的分析将继续发挥重要作用。随着测序技术的进步和生物信息学工具的不断发展，越来越多的植物基因组数据将被获取和分析，这将有助于更深入地理解植物的遗传多样性和进化关系。对于像B. angustipinna这样具有重要生态和园艺价值的物种，其叶绿体基因组的研究不仅能够为科学界提供新的知识，还能为保护和利用这些物种提供实际支持。

总的来说，本研究通过对Bolbitis angustipinna叶绿体基因组的测序、组装和分析，揭示了其基因组结构和功能，明确了其在蕨类植物系统发育中的位置，并为该植物的分类、进化关系及保护工作提供了重要的科学依据。这些研究成果不仅有助于深化对蕨类植物遗传特性的理解，也为未来的植物学研究和应用提供了新的方向和思路。