紫三角酢浆草(Oxalis triangularis)叶绿体全基因组解析及其在酢浆草科系统发育中的意义

这篇研究首次完成了紫三角酢浆草(Oxalis triangularis)叶绿体基因组(cpDNA)的测序与注释，揭示其152,115 bp的环状四分区结构（LSC/SSC/IRs）及109个功能基因的分布特征。通过75个共有蛋白编码基因(PCGs)的最大似然法(ML)系统发育分析，明确了该物种与阔叶酢浆草(O. latifolia)等近缘种的进化关系，为酢浆草科(Oxalidaceae)的分子鉴定和药用资源开发提供了关键基因组学数据。

　　

Abstract

紫三角酢浆草(Oxalis triangularis A.St.-Hil.)作为具有观赏与药用价值的多年生植物，其完整的叶绿体基因组被成功解析。研究显示该cpDNA呈现典型的四分区结构：总长度152,115 bp，包含25,436 bp的反向重复区(IRs)、83,309 bp的大单拷贝区(LSC)和16,934 bp的小单拷贝区(SSC)，GC含量为36.48%。基因组共注释到109个基因，包括76个蛋白编码基因(PCGs)、29个tRNA基因和4个rRNA基因，起始密码子均为AUG。值得注意的是，研究发现70个简单序列重复(SSRs)位点，以及rps16和infA基因的功能缺失现象。

Introduction

这种原产南美的酢浆草科植物以其独特的紫色三小叶和淡雅花朵成为全球流行的观赏植物（图1）。除园艺价值外，其富含的黄酮类和多酚化合物显示出药用潜力。尽管多个酢浆草属物种的叶绿体基因组已被测序，但O. triangularis的完整cpDNA信息长期空白，阻碍了其系统发育定位和功能基因组学研究。

Materials and methods

研究团队从中国聊城(36°26′14.83″N)的盆栽样本中提取DNA，采用DNBSEQ-T7平台测序，以O. corymbosa(PRJNA690071)为参考基因组，使用GetOrganelle软件组装。基因注释通过CPGAVAS2、tRNAscan-SE和GeSeq工具完成，系统发育树基于75个共有PCGs构建，以Elaeocarpaceae的两个物种作为外类群。

Results

基因组图谱（图2）显示，IR区的GC含量最高(42.6%)，SSC区最低(29.95%)。76个PCGs可划分为15个基因家族，包括11个ndh基因、16个psb基因等光合作用相关基因。密码子偏好性分析显示终止密码子偏好使用UAA(RSCU=1.50)。系统发育树（图3）证实O. triangularis与O. latifolia、O. drummondii和O. corymbosa构成单系群，bootstrap支持率达98%。

Discussion and conclusions

比较基因组学揭示酢浆草属普遍存在rpl32和rps16基因缺失现象，而近缘的Averrhoa属仍保留这些基因，暗示了Oxalidoideae亚科独特的基因组进化路径。研究首次报道的紫三角酢浆草叶绿体基因组数据(PQ773890)为后续药用成分合成通路解析提供了分子基础，其SSRs标记可用于种群遗传学研究。值得注意的是，infA基因的假基因化现象与被子植物叶绿体基因向细胞核转移的进化理论相符，这为研究质体基因组精简机制提供了新案例。