《Mitochondrial DNA Part B》：Assembly, annotation, and analysis of the first complete chloroplast genome of medicinal plant Pentas lanceolata (Forssk.) Deflers
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Pentas lanceolata（茜草科）是一种兼具观赏和药用价值的多年生草本植物，但缺乏叶绿体（cp）基因组资源。本研究首次报道了其完整的cp基因组：一个154,476 bp的环状分子（GC含量37.82%），具有典型的四分体结构，包括大单拷贝区（LSC）
Pentas lanceolata（茜草科）是一种兼具观赏和药用价值的多年生草本植物，但缺乏叶绿体（cp）基因组资源。本研究首次报道了其完整的cp基因组：一个154,476 bp的环状分子（GC含量37.82%），具有典型的四分体结构，包括大单拷贝区（LSC）（84,407 bp，GC含量35.79%）、小单拷贝区（SSC）（17,175 bp，GC含量32.21%）和两个反向重复区（IR）（各26,447 bp，GC含量42.89%）。注释共获得127个基因（107个唯一基因）：82个蛋白质编码基因（76个唯一）、37个tRNA基因（27个唯一）和8个rRNA基因（4个唯一）。IR边界显示出收缩与扩张现象。系统发育分析将其置于与Spermacoceae族相关的分支中（自展值=100%）。这些发现支持了P. lanceolata的进化和遗传改良研究。
一、研究背景与研究目的
五星花（Pentas lanceolata）隶属于茜草科（Rubiaceae），是一种兼具观赏和药用价值的多年生草本植物。现代药理学研究表明，五星花具有抗疟原虫、镇痛、抗伤害感受、免疫调节及抗炎等多种生物活性，展现出作为治疗药物来源的巨大潜力。茜草科是被子植物中最大的科之一，包含超过14,000个物种，分类学关系复杂。尽管五星花的药用价值已被多项植物化学研究所证实，但其在科内的系统发育地位仍不明确。叶绿体基因组（cp genome）因其结构保守、母系遗传和强系统发育信号等特点，已成为植物进化和种质资源研究的强大工具。然而，五星属（Pentas）的基因组研究仍然有限，此前尚未有五星花完整叶绿体基因组的报道。因此，研究人员利用二代测序技术，首次完成了五星花完整叶绿体基因组的组装、注释和分析，旨在为其分子鉴定、比较基因组学、系统发育及标记开发研究提供重要的基因组资源。
二、主要技术方法
研究人员采集了来自中国山东省菏泽市牡丹区的五星花样本，凭证标本（编号HZU-2025-1001）保存于菏泽学院标本馆。采用Illumina NovaSeq 6000平台进行双端150 bp测序，利用GetOrganelle软件进行叶绿体基因组组装，并通过CPGAVAS2和Apollo进行初始注释和人工校正。系统发育分析方面，从已发表资源下载了54个叶绿体基因组，经筛选后选取51个茜草科内类群（含五星花）和3个猕猴桃科外类群的共享单拷贝蛋白质编码基因，构建了一个38,806位点的串联矩阵，使用IQ-TREE软件基于最大似然法（ML）重建系统发育树，并以1,000次超快自展检验评估分支支持率。
三、研究结果
基因组组装与特征
从36,884,085条原始150 bp双端读段中，获得36,389,201条清洁读段（占原始读段的98.66%），其中2,114,804条来源于叶绿体（约占原始读段的5.73%），平均覆盖深度为3,976.31×。五星花叶绿体基因组全长154,476 bp，由大单拷贝区（LSC）（84,407 bp）、小单拷贝区（SSC）（17,175 bp）和两个反向重复区（IR）（各26,447 bp）组成，整体GC含量为37.82%。LSC、SSC和IR区域的GC含量分别为35.79%、32.21%和42.89%，其中IR区域GC含量最高。
基因注释
注释共获得127个基因（107个唯一基因），包括82个蛋白质编码基因（76个唯一）、8个rRNA基因（4个唯一）和37个tRNA基因（27个唯一）。20个基因呈现多拷贝状态：17个基因源于IR区重复（包括6个蛋白质编码基因、7个tRNA和4个rRNA），3个源于LSC区的trnM（2个拷贝）和trnE（3个拷贝）重复。16个蛋白质编码基因含有一个内含子，而clpP和ycf3各含有两个内含子。反式剪接的rps*12基因的3'端位于IR区域，每个3'拷贝中含有一个内含子。所有蛋白质编码基因共编码26,188个密码子，第三位点以A/U占优（69.22%），反映了典型的A/U偏好性。
重复序列与IR边界分析
重复序列分析鉴定出20个简单重复序列（SSRs）（主要为A/T富集型，主要分布于基因间隔区）和20个长重复序列（LRSs）（长度≥30 bp，汉明距离≤3，相似度≥90%），多数位于基因间隔区。对10个叶绿体基因组的四个IR/SC（反向重复区/单拷贝区）交界处进行了表征分析。在所有分类单元中，rpl2均位于IR区域内，但中华猕猴桃（Actinidia chinensis）和库马南野丁香（Leptodermis kumaonensis）除外。在五星花中，rps19距离JLA（LSC与IRa的交界处）边界的距离略远于其他基因组，揭示了轻微的结构变异。ycf1在JSA（SSC与IRa的交界处）边界附近表现出显著的位置变异，未观察到保守模式。
系统发育分析
基于串联蛋白质编码基因的最大似然树显示，五星花形成一个单系谱系，并与Spermacoceae族构成姐妹群关系（自展值=100%）。然而，Spermacoceae族内部呈现出异质性，包含若干亲缘关系较远的成员。
四、讨论与结论
本研究报告了五星花首个完整叶绿体基因组（154,476 bp，GC含量37.82%），包含127个预测基因。IR边界分析揭示了收缩与扩张事件，系统发育分析确认了其与Spermacoceae族的密切亲缘关系。五星花的叶绿体基因组大小落在茜草科物种的范围内，与其近缘物种共享相似的基因组结构、基因数量和GC含量。保守的IR基因、轻微的IR扩张/收缩以及一致的基因顺序支持了它们之间的紧密进化亲缘关系。在最大似然树中，五星花形成单系分支，与Spermacoceae族表现出最近的系统发育关系，这一结果与先前的研究一致。综上所述，该基因组资源为五星花这一兼具药用和经济重要性物种的进化与分类学研究提供了有力支持。
