伊朗五种鼠尾草叶绿体基因组解码：揭示基因组结构、系统发育关系及分子标记开发

为解决伊朗本土鼠尾草属(Salvia)物种叶绿体基因组(cp.)数据匮乏的问题，Amir Mohammad Akrami等研究人员对五种伊朗鼠尾草(S. aethiopis、S. sclarea、S. glutinosa、S. verticillata和S. officinalis)的完整cp.基因组进行测序分析。研究揭示了其保守的四分体结构(151-152 kb)、基因复制(rpl2/rpl23/rps12)及高变区(rpl14-rpl16/psbK-psbI)，通过系统发育分析明确了物种分化关系，为药用植物鉴定、育种及保护提供了关键基因组资源。论文发表于《BMC Genomics》。

　　

鼠尾草属(Salvia)作为唇形科(Lamiaceae)最具多样性的属之一，全球分布约1000种，不仅是传统医药的重要资源，更是研究植物适应性进化的理想模型。伊朗作为亚洲鼠尾草多样性中心，拥有61个本土物种，其中S. aethiopis、S. sclarea等五种因其显著的抗氧化、抗菌活性而被广泛利用。然而，这些物种的分子基础研究长期滞后——尽管部分化学成分已被解析，但叶绿体基因组(cp. genome)数据严重缺失，导致物种鉴定困难、系统发育关系模糊，制约了其药用价值的深度开发。

为填补这一空白，Bu-Ali Sina大学的研究团队完成了五种伊朗鼠尾草完整cp.基因组的测序与解析。研究采用Illumina HiSeq平台对叶片DNA进行测序，通过GetOrganelle组装和CPGAWAS2/GeSeq注释，结合mVISTA比对、IRScope边界分析及IQ-TREE系统发育重建，首次揭示了这些物种的基因组特征与进化关系。

基因组特征
五种鼠尾草cp.基因组呈现典型四分体结构(151,163-151,662 bp)，GC含量38%。基因数量高度保守(131-132个)，含86-87个蛋白编码基因、8个rRNA和37个tRNA基因，其中rpl2、rpl23和rps12存在复制。S. glutinosa独缺失trnS-CGA基因，而rps12基因在所有物种中均发生反式剪接(trans-splicing)，且在S. glutinosa和S. sclarea中结构更复杂。

密码子使用分析
密码子偏好性显示A/U结尾密码子占优势，如UUA(Leu)的RSCU值达1.61-1.87。S. verticillata表现出独特模式，如UUG(Leu)的RSCU值(1.29)显著高于其他物种(1.21-1.23)，暗示物种特异性适应。

IR边界比较
反向重复区(IR)长度变异(25,564-25,612 bp)驱动基因组大小差异。S. officinalis和S. sclarea的IR区轻微扩张，而S. glutinosa保持稳定。关键边界基因rps19在LSC/IRb交界处保守定位，而ndhF和ycf1的边界位置存在物种特异性偏移，如ycf1在S. glutinosa中更深入IRa区。

SSR与长重复序列
简单重复序列(SSR)以单核苷酸重复为主(占比74%-100%)，S. glutinosa含最多SSR(28个)。长重复序列(30-50 bp)中回文重复占比最高(53%-68%)，可能参与基因组稳定性维持。

基因组分化热点
核苷酸多样性(Pi)分析鉴定出trnH-GUG-psbA(Pi=0.063)、rpl14-rpl16(Pi=0.043)等高变区，可作为超级条形码(super barcode)。相比之下，rbcL(Pi=0.008)等光合基因高度保守。

系统发育分析
基于104个cp.基因组的ML树显示：S. aethiopis与S. sclarea聚为一支，S. glutinosa与东亚物种S. chanryoenica聚类，而S. officinalis与地中海物种S. rosmarinus遗传同质性高。S. verticillata早期分化，与S. nilotica构成独立分支，反映鼠尾草属复杂的进化历史。

结论与意义
该研究首次解析了五种伊朗鼠尾草的cp.基因组，揭示了IR边界动态、高变区及反式剪接等特征，提出的rpl14-rpl16和psbK-psbI分子标记可精准鉴别物种。系统发育结果厘清了伊朗种群与全球鼠尾草的亲缘关系，为药用成分合成通路研究奠定基础。成果不仅助力伊朗本土物种保护，更为抗痴呆(如S. verticillata抑制AChE活性)和抗氧化药物开发提供分子靶点，推动唇形科植物的基因组育种与可持续利用。