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火龙果（Pitaya）营养丰富、经济价值高，但目前其叶绿体（cp）基因组研究滞后。为探索不同火龙果品种 cp 基因组遗传差异与系统发育关系，研究人员对 6 个品种 cp 基因组进行组装、注释及比较分析。结果发现 6 个变异热点区域等，为火龙果育种和遗传改良提供重要信息。
火龙果，这种外表独特、果肉多汁的热带水果，近年来凭借其丰富的营养和多样的功效，在全球水果市场上迅速走红。它不仅富含多种营养成分，如甜菜碱、多酚、黄酮类和花青素等，对糖尿病、心血管疾病和癌症等多种疾病都有潜在的治疗作用，而且其果皮在食品工业中也展现出巨大的应用潜力，比如可用于食品包装和涂层。然而，在植物基因组研究飞速发展的当下，火龙果的叶绿体（cp）基因组研究却远远落后于一些传统水果。
目前，植物育种正逐步迈入 4.0 时代，大数据和人工智能的融入为植物育种带来了更高效、准确的方法。但充足的基因组数据是实现 “智能育种” 的重要基础，火龙果 cp 基因组数据的匮乏限制了其在遗传育种方面的深入研究。此外，火龙果所属的量天尺属（Hylocereus）和蛇鞭柱属（Selenicereus）物种分类存在争议，自然杂交现象导致一些杂交个体兼具两个属的特征，给分类带来了极大困难。因此，获取更多火龙果的基因组数据，尤其是 cp 基因组信息，对深入了解火龙果的遗传背景、解决分类争议以及推动育种工作至关重要。
为了解决这些问题，广西师范大学等研究机构的研究人员开展了一项关于火龙果 cp 基因组的研究。研究人员对 6 个不同品种的火龙果进行了深入研究，最终发表在《BMC Genomics》上。该研究通过对 6 个火龙果品种 cp 基因组的分析，为火龙果的遗传研究和育种工作提供了重要的理论依据，有助于推动火龙果产业的发展。
研究人员用到的主要关键技术方法包括：从新鲜植物茎中提取总基因组 DNA，构建 Illumina 测序文库并测序；以参考序列为模板，使用 GetOrganelle 软件进行叶绿体基因组组装，并用多种软件进行注释；运用多种在线软件和工具，如 MISA-web、REPuter、CPJSdraw、mVISTA、DnaSP 等，对叶绿体基因组的结构特征、重复序列、IR 区域收缩扩张、基因组变异、核苷酸多样性、密码子使用偏好性等进行分析；下载相关植物的 cp 基因组，通过筛选共享 CDS，构建最大似然（ML）树和贝叶斯推断（BI）树进行系统发育分析。
研究结果
- 叶绿体基因组特征：6 个火龙果品种的 cp 基因组均为典型的四聚体结构，长度在 133,146 - 133,617 bp 之间，GC 含量为 36.4%。共注释出 123 个基因，包括 80 个蛋白编码基因、38 个 tRNA 基因、4 个 rRNA 基因和 1 个假基因（ycf68）12。
- 简单序列重复（SSR）和分散重复序列分析：6 个品种的 cp 基因组中鉴定出 66 - 69 个 SSR，单核苷酸重复序列最多，A/T 基序最为常见，且大多分布在 LSC 区域。还分析了分散重复序列，发现正向和回文重复序列最多，不同品种间数量有差异34。
- IR 区域收缩和扩张分析：6 个品种的 IR/SC 边界高度相似，仅 S. megalanthus ’Yanwoguo’的 IR 和 SSC 区域有扩张现象，ycf1 基因跨越 IR/SSC 边界56。
- 叶绿体基因组比较分析：以 Selenicereus megalanthus 为参考，发现 6 个品种的 cp 基因组在基因结构和排列顺序上相似，变异位点主要在 LSC 和 SSC 区域。筛选出 6 个高度可变位点，accD 基因变异程度最高78。
- 密码子使用偏好性分析：6 个火龙果 cp 基因组编码的密码子中，亮氨酸（Leu）含量最高，密码子偏好以 A/U 结尾，RSCU 分析显示不同密码子的使用频率存在差异9。
- 系统发育分析：系统发育分析表明，火龙果品种在仙人掌科（Cactaceae）的系统发育树中聚为一个分支，不同果皮和果肉颜色的品种在进化关系上存在复杂的遗传基础10。
研究结论和讨论
该研究全面分析了 6 个火龙果品种的 cp 基因组，发现其整体结构和基因内容高度保守，但在一些非编码区域和热点基因（如 accD 和 ycf1）存在变异。S. megalanthus ’Yanwoguo’出现反向重复序列显著减少和 IR 区域扩张的现象。通过计算核苷酸多样性，筛选出 6 个高度可变位点，其中 3 个为首次报道，这些位点有望成为物种鉴定和系统发育研究的潜在分子标记。系统发育分析揭示了火龙果品种间颜色变异的复杂遗传基础，可能受杂交和基因流的影响。
这项研究为进一步了解量天尺属的系统发育关系和 cp 基因组变异提供了有价值的信息。不过，研究也存在一定的局限性，如样本数量有限，部分分支支持值较低。未来需要更多完整的 cp 基因组数据，并结合核基因组和生物地理学研究，以更深入地探究火龙果种群的进化关系。总体而言，该研究为火龙果的遗传育种和物种分类提供了重要的理论支持，推动了火龙果相关领域的研究进展。
