香料植物黄樟线粒体基因组组装与比较分析揭示樟科植物进化新见解

本研究针对樟科重要香料植物黄樟(Cinnamomum longepaniculatum)线粒体基因组(mitogenome)信息缺失的问题，通过高通量测序技术完成其首例线型结构mitogenome组装（870,686 bp），揭示其含有44个PCGs、28个tRNAs和3个rRNAs的基因组成，发现与樟树(C. camphora)存在95.59%基因组共线性。研究通过重复序列分析和系统发育树构建，为樟科植物进化关系及mitogenome结构演化提供重要分子证据，成果发表于《BMC Plant Biology》。

　　

在植物进化研究中，线粒体基因组(mitogenome)因其独特的母系遗传特性和低突变率，成为解析物种亲缘关系的"分子钟"。然而，作为中国传统香料和药用植物的重要来源，樟科(Lauraceae)植物的mitogenome研究却长期滞后。黄樟(Cinnamomum longepaniculatum)因其叶片富含精油而闻名，是四川宜宾地区特有的经济树种，但其线粒体遗传信息始终是空白领域。

宜宾大学的研究人员通过Illumina Novaseq6000和Nanopore PromethION双平台测序，首次完成黄樟线粒体基因组的破译。研究发现这个长达870,686 bp的基因组呈现线性结构，GC含量46.94%，包含44个蛋白编码基因(PCGs)、28个tRNA和3个rRNA基因。特别值得注意的是，在预测的761个RNA编辑位点中，64.52%发生在密码子第二位点，导致46.52%的氨基酸从亲水性变为疏水性，这种编辑模式可能显著影响线粒体蛋白功能。

研究采用的关键技术包括：1）混合测序策略结合Unicycler组装；2）GeSeq软件基于近缘物种参考序列的基因注释；3）REPuter和MISA软件的重复序列分析；4）41个保守PCGs构建最大似然系统发育树；5）PmtREP工具的RNA编辑位点预测。样本来自四川宜宾红岩山20年生母树的叶片混合样本。

基因组特征分析

黄樟mitogenome中鉴定到317个简单序列重复(SSRs)，其中单核苷酸(27.1%)和四核苷酸重复(38.2%)占主导。与同属植物比较显示，黄樟与樟树(C. camphora)存在95.59%的基因组共线性，861 kb的大片段保守区证实二者近缘关系。

密码子使用偏好

相对同义密码子使用频率(RSCU)分析揭示，31个高使用频率密码子中90.3%以A/U结尾，这种偏好与Laurales目其他7个物种(90.6-93.9%)高度一致。终止密码子使用频率显示TAA(45.45%)>TGA(34.09%)>TAG(20.45%)的规律。

同源序列迁移

15,462 bp的叶绿体基因组同源序列(占mitogenome 1.78%)中包含10个完整tRNA基因，证实了细胞器间的基因转移事件。这些序列可能通过重组整合进线粒体，但多数失去原有功能。

系统发育定位

基于41个保守PCGs构建的进化树显示，黄樟与樟树形成姐妹群，支持率100%，其次与浙江樟(C. chekiangense)和岛樟(C. insularimontanum)聚枝。整个樟科在Laurales目下形成单系群，与APG IV分类系统一致。

这项研究填补了樟科植物mitogenome资源的空白，其创新性体现在：1）首次揭示黄樟线粒体基因组的线性结构特征；2）发现高频率RNA编辑对呼吸链复合物I基因nad4的调控潜力；3）证实樟属植物间极端保守的基因组共线性。这些发现不仅为香料植物的育种提供分子标记，也为理解Laurales目植物的线粒体基因组进化机制奠定基础。特别值得注意的是，黄樟mitogenome中保留的matR基因（参与RNA剪接）在其他近缘种中已丢失，这一特征可能成为未来研究樟科植物适应性进化的关键线索。