连翘(Forsythia suspensa)母系遗传视角下的泛质体基因组揭示其遗传多样性与分化机制

推荐：本研究针对连翘(Forsythia suspensa)种质资源保护与育种需求，通过88个样本的质体基因组(plastome)测序构建泛质体图谱，发现734个SNVs、211个indels和11个小倒位，解析出5个显著分化的地理群体。研究首次揭示母系遗传视角下连翘的高遗传多样性模式，为这一传统药用/观赏植物的分子育种提供关键数据支撑。

　　

早春时节，金黄灿烂的连翘(Forsythia suspensa)不仅是重要的观赏灌木，更是入选"中医50强"的传统药材，其果实"连翘"被用于治疗感冒甚至COVID-19。然而随着市场需求增长和野生资源减少，这种兼具观赏与药用价值的植物正面临种质资源保护的严峻挑战。更棘手的是，此前基于核基因组标记的研究显示连翘群体间存在高基因流和低遗传距离，但母系遗传的质体基因组(plastome)数据却严重匮乏，导致其遗传多样性认知存在盲区。

中国中医科学院的研究团队在《Industrial Crops and Products》发表重要成果，通过对覆盖连翘全部分布区的88个野生样本进行质体基因组测序，结合群体遗传学和生物信息学分析，构建了首个连翘泛质体基因组图谱。研究采用GetOrganelle组装质体基因组，MAFFT进行多序列比对，通过Admixture分析群体结构，IQ-TREE构建系统发育树，并运用Mantel检验评估地理隔离效应。

泛质体结构特征
连翘质体基因组呈现典型的四分体结构，长度156,322-156,479 bp，包含132个功能基因。GC含量分析显示IR区(43.19-43.25%)显著高于LSC和SSC区，这与rrn基因的分布特征相符。

变异图谱解析
研究检测到734个单核苷酸变异(SNVs)，其中ycf1基因变异最丰富(91个SNVs)。211个插入缺失(indels)可分为微卫星相关(118个)、重复序列相关(36个)和普通型(57个)，其中ndhF-rpl32区间发现长达137 bp的缺失。11个小倒位均与反向重复序列形成的茎环结构相关。

群体遗传分化
通过K=5的群体结构分析将样本划分为5个地理群：A群(山东)、B群(陕西/豫西)、C群(山东/浙江/河北)、D-E群(河南/河北/山西)。Fst值(0.55307-0.87012)显示群间分化显著，其中山东群体遗传多样性最高(π=4.3×10^-4)。

地理隔离驱动
Mantel检验证实遗传距离与地理距离显著相关(r=0.3347)，而环境因子在控制地理影响后无显著效应，表明质体基因组分化主要受地理隔离驱动。这种"核质冲突"现象——核基因组显示均质化而质体基因组呈现强烈地理分化，揭示了连翘繁殖过程中花粉介导的基因流与种子传播受限的进化博弈。

该研究不仅填补了连翘母系遗传资源的空白，其建立的泛质体基因组变异图谱更为后续分子育种提供了标记库。特别值得注意的是，研究揭示的ycf1、ndhF等突变热点区域，以及trnH-psbA等5个高变区间，可直接转化为实用分子标记。对于这种具有"花叶不同期"特殊繁殖策略的植物，研究成果为理解其适应性进化提供了新视角，也为其他药用-观赏双用途植物的保护遗传学研究树立了范式。