乌兹别克斯坦两种Lagochilus（唇形科）植物叶绿体全基因组解析及比较基因组学研究

本研究针对乌兹别克斯坦特有唇形科植物Lagochilus vvedenskyi和L. seravschanicus的遗传信息缺失问题，首次完成其叶绿体全基因组测序，并与近缘种L. ilicifolius进行多维度比较分析。研究揭示了151-151.5 kb的典型四分区结构、133个功能基因的保守性及IR边界变异特征，发现6个高变区（matK-rps16等）可作为分子标记，通过系统发育分析证实Lagochilus与Leonurus、Phlomoides的进化关联，为唇形科分类学和保护生物学提供了关键数据支撑。

　　

在广袤的中亚地区，唇形科植物Lagochilus属以其独特的药用价值和生态适应性备受关注，然而该属植物的遗传资源长期处于"黑箱"状态。尤其对于乌兹别克斯坦特有种Lagochilus vvedenskyi和L. seravschanicus，其叶绿体基因组信息完全空白，严重制约了物种鉴定、保护策略制定以及唇形科系统发育关系的解析。传统形态学分类在该属面临巨大挑战——近缘种间性状高度相似，而分子标记的开发又缺乏基因组学基础。更棘手的是，全球气候变化正加速中亚干旱区植物多样性的丧失，若不能及时建立遗传档案，这些特有物种可能尚未被认知就已灭绝。

针对这一紧迫问题，研究人员在《Journal of Asia-Pacific Biodiversity》发表了突破性研究。通过PacBio三代测序技术结合生物信息学分析，首次绘制了两种Lagochilus的完整叶绿体基因组图谱。样本采集自乌兹别克斯坦原生境，采用Illumina平台进行双端测序验证，使用GetOrganelle软件组装，通过CpGAVAS2和OGDRAW进行基因注释与可视化，运用MISA检测简单重复序列(SSR)，REPuter分析长重复序列，并利用MAFFT、DnaSP和RAxML完成比较基因组学与系统发育重建。

【基因组基本特征】
研究获得两个环形叶绿体基因组，大小分别为151,159 bp（L. vvedenskyi）和151,500 bp（L. seravschanicus），呈现典型四分区结构：大单拷贝区(LSC)、小单拷贝区(SSC)和两个反向重复区(IR)。注释到133个基因，包括88个蛋白编码基因（如光合系统相关基因psbA、ndhF）、37个tRNA和8个rRNA。与近缘种L. ilicifolius比较显示，三者在基因含量和排序上高度保守，但IR区边界存在ndhF基因位移等细微差异。

【序列变异特征】
全基因组GC含量稳定在38.6%，但IR区因含有rRNA基因而显著升高至43%。检测到212-216个SSR位点，其中单核苷酸A/T重复占比超80%，主要富集在LSC区。长重复序列分析发现50个正向、回文和反向重复，以20-29 bp片段为主。密码子使用分析揭示显著偏好NNA/NNU结尾的密码子，反映叶绿体基因组的共同进化压力。

【高变区筛选】
通过滑动窗口计算核苷酸多样性(Pi)，鉴定出6个高变区域：matK-rps16、rps16-psbK、trnT-psbD、trnL-trnF、rpl32-trnL和ycf1，其Pi值达0.02-0.04，显著高于基因组平均水平。这些区域因同时具备高变性和侧翼保守序列，成为理想的DNA条形码候选。

【系统发育地位】
基于24个唇形科叶绿体基因组的串联序列构建最大似然树，强烈支持（bootstrap>95%）Lagochilus与Leonurus、Phlomoides构成单系群，归属于Leonureae族。分子钟估算显示该属分化时间与中亚造山运动期吻合，暗示地质事件驱动物种形成。

该研究首次破译了中亚特有Lagochilus的遗传密码，其科学价值体现在三方面：首先，建立的高质量基因组数据库为后续功能基因挖掘奠定基础；其次，筛选的高变区为野外快速物种鉴定提供分子工具，尤其适用于形态易混物种；最后，系统发育结果修正了传统分类的偏差，证实Leonureae族的单系性。在应用层面，SSR标记可用于种群遗传学研究，评估物种濒危程度，而GC含量和密码子偏好数据为转基因叶绿体表达系统优化提供参考。这项研究不仅填补了中亚植物基因组学空白，更展示了叶绿体比较基因组学在解决分类学争议和保护生物学中的强大潜力。