对22种锦葵科（Malvaceae）植物中的叶绿体基因组进行比较研究，揭示了其结构上的保守性、适应性进化以及初步的系统发育关系

《BMC Plant Biology》：Comparative chloroplast genomics of 22 species of Sida (Malvaceae) reveals structural conservation, adaptive evolution, and preliminary phylogenetic structure

　　

摘要

背景

Sida属（锦葵科，锦葵亚科）包含275个物种，分布几乎遍布全球。由于形态学上的复杂性以及传统分子标记的分辨率较低，该属的分类学问题一直未能得到有效解决。叶绿体（cp）基因组提供了能够解决这些分类学问题的全基因组规模数据，但针对Sida属的基因组资源仍然有限。在此研究中，我们大幅增加了叶绿体基因组的采样数量，进行了比较分析和选择分析，确定了用于物种区分和系统发育推断的候选位点，并通过系统基因组学分析明确了属内的亲缘关系。

结果

我们测序并从头组装了Sida cordata（Burm.f.）Borss.Waalk.和Sida rhombifolia L.的完整叶绿体基因组，并从公开可用的原始测序数据中重新组装了另外18个物种的叶绿体基因组。结合之前报道的2个叶绿体基因组，共对22个叶绿体基因组进行了比较和系统发育分析。这些基因组的大小在159,706到160,513个碱基对（bp）之间，包含一个较大的单拷贝区域（88,771–89,551 bp）、反向重复序列（IRa/IRb；25,288–25,640 bp）以及一个较小的单拷贝区域（19,863–20,294 bp）。每个基因组包含113个独特基因（79个蛋白质编码基因、30个tRNA和4个rRNA）。比较分析显示，所有Sida物种在基因顺序、鸟嘌呤-胞嘧啶含量、密码子使用情况以及简单序列重复组成方面具有保守性，并且在替换模式上存在一致的转换偏向。基因水平的选择分析发现psaB、psbB、rbcL和rps8存在间歇性的正选择，而位点水平分析则在rbcL和ycf1的特定密码子处检测到了正选择。我们确定了10个高度多态性的位点，这些位点具有较高的核苷酸多样性和较低的缺失数据率，可作为物种鉴定和系统发育推断的候选位点，包括psbT-psbN、ndhD-psaC、psaC-ndhE、rps15-ycf1和psaI》。对这22个物种的系统发育分析确定了两个得到强烈支持的支系：一个单系的澳大利亚特有支系和一个广泛分布于亚洲/热带地区的支系。

结论

我们的研究结果揭示了22个Sida物种叶绿体基因组结构的保守性，确定了多态性位点作为潜在的条形码，并区分了两个支系（一个澳大利亚特有支系和一个广泛分布于亚洲/热带地区的支系），证明了全叶绿体基因组数据的价值。然而，由于采样限制以及仅依赖于母系遗传的叶绿体基因组，我们建议未来的研究通过更密集的物种采样和核基因组数据来进一步完善生物地理学推断。