25种桑树叶绿体基因组解析：基因组特征、比较分析与系统发育关系的新视角

为解决桑树(Morus L.)物种分类不一致及不同用途(叶用、果用、野生)桑树系统发育关系不明的问题，研究人员对25种代表性桑树进行叶绿体基因组(cp. genome)测序，通过比较基因组学分析鉴定出8个高变区及39个保守SSR位点，首次基于cp.基因组将桑树按用途划分为三大分支，并发现特异性SSR标记。该研究为桑树分类和育种提供了重要分子依据，发表于《BMC Genomics》。

　　

桑树(Morus L.)作为重要的经济作物，在全球范围内具有广泛的栽培历史，不仅支撑着蚕桑产业，其果实还富含生物活性物质，在保健食品领域展现出巨大潜力。然而，这个看似熟悉的植物群体却隐藏着分类学的"身份危机"——由于桑树易发生种间杂交，传统形态学分类存在极大争议，不同学者认定的物种数量从6种到30种不等。更棘手的是，随着栽培方向的分化（叶用型、果用型）和野生资源的混杂，人们至今未能厘清这些不同用途桑树之间的遗传关系。

为破解这一难题，来自陕西省蚕桑重点实验室的研究团队开展了一项开创性研究。他们选取了25份具有代表性的桑树材料（包括7份叶用型、11份果用型和7份野生型），采用高通量测序技术获得完整的叶绿体基因组序列，通过比较基因组学和系统发育分析，首次从分子层面揭示了不同用途桑树的进化关系。这项研究成果发表在《BMC Genomics》上，为桑树资源分类和分子育种提供了全新视角。

研究团队主要采用三种关键技术：Illumina高通量测序平台获取叶绿体基因组数据；MAFFT软件进行全基因组比对以鉴定高变区；MISA工具检测简单重复序列(SSR)。样本涵盖中国秦巴山脉野生桑树及实验室保存的栽培品种。

叶绿体基因组特征
所有25个叶绿体基因组呈现典型的四部分结构，长度介于159,008-159,346 bp之间。研究发现叶绿体基因组长度与用途相关：野生型>果用型>叶用型。注释显示这些基因组包含129个基因，包括84个蛋白质编码基因和37个tRNA基因，其中clpP基因的内含子表现出最大变异（长度差异达22 bp）。

比较基因组与高变区分析
通过滑动窗口分析鉴定出8个高变区（Pi值>0.0020），其中7个位于大单拷贝区(LSC)，1个位于小单拷贝区(SSC)。这些区域如rps11-rpl36和ccsA-ndhD等，因其高变特性成为潜在的分子标记候选位点。

叶绿体SSR分析
共检测到79-84个SSR位点，其中单核苷酸A/T重复占比最高（70-76%）。研究发现39个保守SSR位点中，存在用途特异性标记：如T₁₉(116854)仅存在于叶用型，(TAT)₄(50009)为果用型特有，而(TTAT)₃(118194)则特异分布于野生和果用型桑树。这些SSR的长度多态性和核苷酸组成差异为桑树分类提供了新型分子标签。

系统发育分析
基于最大似然法(ML)和贝叶斯推断(BI)构建的系统发育树均显示：25份材料按用途自然聚为三大分支，其中野生型单独成簇，果用型与叶用型分化明显。值得注意的是，果用型品种"Yiningchangguo"意外落入叶用型分支，暗示其可能具有叶用型的母系遗传背景。研究还发现传统分类中的M. alba和M. atropurpurea物种并未各自聚类，进一步证实了现行分类体系的不合理性。

这项研究首次从叶绿体基因组层面揭示了不同用途桑树的系统发育关系，挑战了传统分类标准。发现的8个高变区和用途特异性SSR标记不仅为桑树分子鉴定提供了新工具，更暗示花芽率等农艺性状可能成为栽培桑树分类的新标准。特别值得注意的是，野生型与果用型的遗传相似性高于其与叶用型的关系，这一发现为理解桑树驯化历史提供了重要线索。该研究的基因组数据已公开（GenBank登录号PQ594793-PQ594817），为后续功能基因挖掘和分子育种奠定了坚实基础。

未来研究可结合核基因组数据进一步验证分类体系，并探索SSR标记与重要农艺性状的关联。随着更多桑树种质的基因组解析，人们有望建立更科学的分类框架，指导桑树资源的精准利用和遗传改良。