蒙古扁桃（Prunus mongolica）153个叶绿体基因组的比较基因组学与系统地理学研究

《BMC Plant Biology》：Population-level chloroplast genome insights into population structure, genetic diversity, phylogeny, and divergence time of Prunus mongolica

　　

摘要

背景

蒙古扁桃（Prunus mongolica）为蔷薇科李属落叶灌木，是蒙古高原特有的古老孑遗植物。其种子含40%的可食用油，种仁具有抗组织和器官纤维化、抗肿瘤、抗溃疡炎症等药用功效。生态环境恶化导致P. mongolica 的生存条件日益恶化，致使种群数量急剧下降，分布范围持续缩小，遗传资源多样性在一定程度上丧失。因此，对该具有重要生态和经济价值的物种开展大规模叶绿体基因组测序以分析其基因组多样性是非常必要的。

结果

全部153条P. mongolica 叶绿体基因组均呈现典型的四部分结构，大小范围为157,767 bp至158,164 bp，平均GC含量为36.74%。每条基因组包含131个基因，其中包括86个蛋白编码基因、37个tRNA基因和8个rRNA基因；17个基因在倒置重复区（IRs）中重复出现，18个基因含有内含子。重复序列分析表明，简单序列重复（SSRs）主要集中于非编码区，A/T单核苷酸重复在16种SSR类型中占主导地位，回文重复是含量最丰富的分散重复。在叶绿体基因组中鉴定出713个多态位点，其中单核苷酸变异（SNVs）最为常见。在编码序列中，ndhF的多态性最高；在功能类别中，NADH脱氢酶基因的多态性水平最高；atpF-atpH为变异最大的基因间区。密码子使用偏好性在第三位密码子处表现出强烈的A/T偏好，自然选择是其主要塑造因素。对26个群体的群体遗传学分析鉴定出4个群体，与系统发育、主成分分析（PCA）和单倍型网络结果一致；这些群体对应于不同的地理区域，其中第4群体的单倍型多样性最高（Hd = 0.903；Pi = 0.00028），而第1和第3群体间的分化最为显著（Fst = 0.84125）。对35条叶绿体基因组的系统发育分析估计蔷薇科的分化时间约为91.98百万年前，李属（Prunus）冠群分化时间约为7.41百万年前，蒙古扁桃（P. mongolica）与David扁桃（P. davidiana）的分化时间约为2.35百万年前。对153个个体进行高分辨率分析鉴定出4个类群，其分化事件分别发生在2.25、2.23、2.21和2.15百万年前。选择压力分析未检测到显著的偶发性正选择，且背景ω值普遍较低，表明叶绿体蛋白编码基因主要受净化选择驱动。

结论

本研究对153个P. mongolica 个体的叶绿体基因组进行了全面而详细的比较分析，并进行了系统发育重建和分化时间估计。研究结果揭示了P. mongolica 的母系系统地理结构和植物地理格局。这些发现不仅有助于未来对该物种遗传多样性和生物地理学的研究，也为其保护提供了科学依据。