豆科植物猪屎豆叶绿体全基因组解析：结构特征、rps16假基因化及系统发育意义

本研究首次报道了豆科重要药用植物猪屎豆（Crotalaria sessiliflora）的153,085 bp叶绿体基因组（plastome），通过高通量测序和比较基因组学分析，揭示了其典型四分体结构和127个功能基因（含82个蛋白编码基因），发现rps16基因的谱系特异性假基因化现象，并通过系统发育分析明确了该物种在猪屎豆属中的进化地位，为豆科植物叶绿体基因组进化及系统分类研究提供了关键数据。

　　

在植物进化研究中，叶绿体基因组（plastome）如同分子化石般记录着物种的演化历程。豆科（Fabaceae）作为第三大开花植物类群，其叶绿体基因组研究却存在显著采样空白——尤其是具有重要生态和药用价值的猪屎豆属（Crotalaria），全球700余种中仅有3个物种完成全基因组解析。猪屎豆（C. sessiliflora）作为兼具生物固氮能力和传统药用价值的草本植物，其叶绿体基因组数据的缺失，严重制约了人们对豆科植物基因组进化规律和系统发育关系的认知。

为填补这一空白，研究人员开展了猪屎豆叶绿体全基因组测序研究。通过Illumina高通量测序平台获取原始数据，使用GetOrganelle进行基因组组装，结合GeSeq和OGDRAW完成基因注释与图谱绘制。比较基因组学分析涵盖GC含量、密码子使用偏好、基因内容等维度，系统发育重建则基于最大似然法（ML）进行。

研究结果部分，《基因组结构与基因内容》显示：猪屎豆叶绿体基因组呈现典型四分体结构（大单拷贝区LSC 81,746 bp、小单拷贝区SSC 17,803 bp、反向重复区IRs 26,768 bp），包含82个蛋白编码基因、37个tRNA和8个rRNA。特别值得注意的是《rps16假基因化现象》，该核糖体蛋白基因在猪屎豆中因移码突变导致功能丧失，成为谱系特异性假基因，这一发现为理解豆科基因丢失机制提供了新案例。《比较基因组学分析》揭示猪屎豆与同属物种存在高度保守的基因排列模式，均携带标志性的50-kb和36-kb倒位事件，印证了豆科基因组的演化稳定性。《系统发育重建》基于79个蛋白编码基因构建的进化树，将猪屎豆稳固置于Crotalaria分支，支持率为100%，解决了其分类学位置争议。

这项发表于《Journal of Asia-Pacific Biodiversity》的研究具有多重意义：首次建立的猪屎豆叶绿体基因组数据库，为后续功能基因组学研究奠定基础；发现的rps16假基因化事件为豆科植物适应性进化研究提供新线索；高分辨率的系统发育框架则修正了传统形态分类的偏差。该成果不仅填补了Genistoids支系叶绿体基因组数据的空白，其研究方法也为其他非模式植物的基因组学研究提供了范本。尤其值得注意的是，研究中揭示的基因组结构变异与基因功能退化现象，对理解豆科植物在固氮共生、次生代谢等关键生物学过程中的分子演化机制具有启示价值。