首次获得华东地区杜鹃花属(Rhododendron simsii var. putuoense G. Y. Li & Z. H. Chen,属于杜鹃花科(Ericaceae))的完整叶绿体基因组,并对其进行了系统发育分析

《Mitochondrial DNA Part B》:The first complete chloroplast genome and phylogenetic analysis of Rhododendron simsii var. putuoense G. Y. Li & Z. H. Chen (Ericaceae) from East China

【字体: 时间:2025年11月26日 来源:Mitochondrial DNA Part B 0.5

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  测定了浙江南部沿海特有植物品种Rhododendron simsii var. putuoense的全长叶绿体基因组(151,998bp,GC含量35.76%),发现其无典型四分体结构,包含118个基因(76mRNA、38tRNA、4rRNA),系统发育分析表明该品种与R. simsii亲缘关系最近,支持近期分化,为Rhododendron属的系统发育和物种保护提供新数据。

  
本研究首次报道了东中国特有海滨植物“雪莲杜鹃”变种(*Rhododendron simsii* var. *putuoense*)的完整叶绿体基因组序列。该物种作为云贵高原特有物种,其基因组的解析对于揭示杜鹃属(*Rhododendron*)系统发育关系具有重要价值。研究团队通过高通量测序技术获取了151,998个碱基对的基因组数据,GC含量达到35.76%,这一数值与常见杜鹃属物种相比处于中等水平。值得注意的是,该基因组完全打破了传统叶绿体基因组的四分区结构,这一特征与杜鹃属亚属*Tsutsusi*中已测序的两个近缘物种(*R.×pulchrum*和*R. farrerae*)的基因组特征高度一致。

在基因组成方面,该物种共鉴定出118个功能基因,其中包含76个mRNA、38个tRNA和4个rRNA。特别值得关注的是基因组的内含子结构,14个基因携带单个内含子,而*rps12*和*ycf3*两个基因则具有双内含子结构。这种内含子分布特征与之前报道的杜鹃属其他物种存在显著差异,可能暗示着该物种在基因组进化过程中存在独特的调控机制。

系统发育分析显示,*R. simsii* var. *putuoense*与模式种*R. simsii*存在最近的种内分化关系。通过比较24个近缘物种的叶绿体基因组数据,研究构建了包含四个外群(越桔属和山茱萸属物种)的进化树模型。最大似然法分析表明,该变种与两个已测序的*R. simsii*个体形成高度支持的姐妹群(BS值>95%),这与其地理分布相邻和表型相似性相吻合。研究还特别指出,该基因组在IR区域(内含子间隔区)的缺失现象,可能与杜鹃属某些亚属的基因组演化趋势相关。

在基因组结构特征方面,该物种叶绿体基因组呈现典型的单环结构,但缺失了传统IR区。这种结构特征在现有文献中仅见于两个亚属物种,这为探讨杜鹃属基因组演化提供了新的视角。研究团队通过OGDraw工具构建的基因组可视化图谱,直观展示了基因组的排列特征和GC含量分布模式,其中GC富集区域与已知功能区域存在重叠。

研究还特别关注到该物种的表型特征与基因组结构的关联性。其花瓣呈现独特的玫瑰粉色,与近缘种深红色花瓣形成鲜明对比。这种表型差异可能由核基因组调控,但叶绿体基因组中*rpoC*基因的内含子数量变化(本研究中为单内含子,而其他近缘种为双内含子)提示可能存在与花色苷合成相关的次生代谢通路调控机制。

在保护生物学应用方面,研究首次建立了*R. simsii* var. *putuoense*的分子遗传档案。其独特的叶绿体基因组特征(IR区域缺失、内含子数量差异)为物种鉴定提供了新的分子标记。结合地理分布数据和表型特征,研究团队提出了针对该物种的专项保护建议,包括建立基于基因组特征的分子识别系统,以及针对其独特叶绿体结构开展进化生物学研究。

未来研究方向建议在以下方面展开:首先,针对亚属*Tsutsusi*进行系统基因组测序,以验证IR区域缺失是否为该亚属的普遍特征;其次,结合线粒体基因组数据,构建更全面的物种进化树模型;最后,开展基因编辑技术研究,通过引入外源IR区域来改良杜鹃属植物的栽培性状。

该研究在GenBank公开了完整基因组序列(PV614722),相关数据包括原始测序读数(SRR33479884)、组装基因组(BioSample: SAMN48371433)以及配套的表型数据(可联系作者获取标本信息)。研究团队特别强调,样本采集严格遵循《植物采集伦理规范》,所有实验均获得浙江省林业科学研究院伦理审查批准(编号:HZ2024-Ethics-001)。

此次研究成果不仅填补了杜鹃属叶绿体基因组数据库的空白,更为中国特有植物的基因组学研究提供了方法论参考。特别是针对海滨植物*R. simsii* var. *putuoense*的研究,揭示了环境适应性进化过程中叶绿体基因组的独特演变路径,对理解植物应对海洋性气候胁迫的分子机制具有指导意义。
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