Camellia pitardii 线粒体基因组结构特征、RNA 编辑模式及系统发育演化研究

《BMC Genomics》：Assembly and characterization of the mitochondrial genome of Camellia pitardii

　　

摘要

背景

Camellia pitardii是一种具有重要经济价值的树种，同时具有很高的观赏价值和种子油生产潜力。然而，其线粒体基因组的特性尚未得到充分研究，这限制了我们对其所属Camellia属细胞器基因组结构动态及系统发育演化的全面理解。

结果

我们利用PacBio HiFi长读长测序数据进行了从头组装，构建并注释了C. pitardii的完整线粒体基因组。该线粒体基因组长度为895,290 bp，GC含量为45.68%，包含38个蛋白质编码基因（PCGs）、3个rRNA基因和30个tRNA基因。共检测到260个简单序列重复序列（SSRs）、33个串联重复序列以及620对分散重复序列。预测有三个大的重复区域参与了同源重组，这可能产生了八种不同的基因组构象，表明其具有显著的结构复杂性和可塑性。密码子使用分析显示存在明显的AT结尾偏好，92.86%的优先密码子（RSCU > 1）以A或U结尾。在整个线粒体蛋白质编码基因中，共预测到667个C-to-U的RNA编辑位点，涉及14种氨基酸替换类型，其中以S→L的转换为主； nearly一半的编辑事件将亲水性残基转变为疏水性残基。基于转录组的验证确定了354个高效RNA编辑位点，其中349个（98.6%）为典型的C-to-U转换（中位效率为0.961）；这些位点主要发生在第二个密码子位置，并与PmtREP预测结果高度一致，表明C. pitardii的线粒体中存在保守的转录后修饰模式。系统发育分析显示Camellia不同谱系之间的线粒体基因组与叶绿体基因组在拓扑结构上存在不一致，暗示了Camellia细胞器基因组具有网状且复杂的进化历史。

结论

本研究首次全面描述了C. pitardii的线粒体基因组特征，揭示了由重复序列驱动的结构可塑性和通过重组介导的基因组重排现象。对密码子使用、RNA编辑模式以及细胞器系统发育的综合性分析为Camellia线粒体基因组的结构复杂性和进化动态提供了新的见解。所获得的基因组资源丰富了我们对线粒体转录后修饰及细胞器基因组进化的理解，为未来的系统发育研究、种质资源保存以及Camellia物种的遗传改良奠定了基础。

背景

Camellia pitardii是一种具有重要经济价值的树种，同时具有很高的观赏价值和种子油生产潜力。然而，其线粒体基因组的特性尚未得到充分研究，这限制了我们对其所属Camellia属细胞器基因组结构动态及系统发育演化的全面理解。

结果

我们利用PacBio HiFi长读长测序数据进行了从头组装，构建并注释了C. pitardii的完整线粒体基因组。该线粒体基因组长度为895,290 bp，GC含量为45.68%，包含38个蛋白质编码基因（PCGs）、3个rRNA基因和30个tRNA基因。共检测到260个简单序列重复序列（SSRs）、33个串联重复序列以及620对分散重复序列。预测有三个大的重复区域参与了同源重组，这可能产生了八种不同的基因组构象，表明其具有显著的结构复杂性和可塑性。密码子使用分析显示存在明显的AT结尾偏好，92.86%的优先密码子（RSCU > 1）以A或U结尾。在整个线粒体蛋白质编码基因中，共预测到667个C-to-U的RNA编辑位点，涉及14种氨基酸替换类型，其中以S→L的转换为主； nearly一半的编辑事件将亲水性残基转变为疏水性残基。基于转录组的验证确定了354个高效RNA编辑位点，其中349个（98.6%）为典型的C-to-U转换（中位效率为0.961）；这些位点主要发生在第二个密码子位置，并与PmtREP预测结果高度一致，表明C. pitardii的线粒体中存在保守的转录后修饰模式。系统发育分析显示Camellia不同谱系之间的线粒体基因组与叶绿体基因组在拓扑结构上存在不一致，暗示了Camellia细胞器基因组具有网状且复杂的进化历史。

结论

本研究首次全面描述了C. pitardii的线粒体基因组特征，揭示了由重复序列驱动的结构可塑性和通过重组介导的基因组重排现象。对密码子使用、RNA编辑模式以及细胞器系统发育的综合性分析为Camellia线粒体基因组的结构复杂性和进化动态提供了新的见解。所获得的基因组资源丰富了我们对线粒体转录后修饰及细胞器基因组进化的理解，为未来的系统发育研究、种质资源保存以及Camellia物种的遗传改良奠定了基础。