药食同源植物玉竹完整线粒体基因组的组装与比较分析

《BMC Plant Biology》：Assembly and comparative analysis of the complete mitochondrial genome of Polygonatum odoratum (Yuzhu), a medicine-food homologous plant

　　

摘要

背景

天门冬属植物因其可食用及药用价值而具有很高的科学研究与经济价值。在中国，玉竹（Polygonatum odoratum）和黄精（包括P. cyrtonema、P. sibiricum和P. kingianum）都是应用与栽培历史悠久的传统中药材。然而，目前尚未有P. odoratum的线粒体基因组研究报道，这严重限制了我们对天门冬属内线粒体演化的了解。

研究结果

在本研究中，我们结合牛津纳米孔长读长测序与Illumina短读长测序技术，完成了P. odoratum的完整线粒体基因组组装。该基因组为环状分子，全长为720,613碱基对。线粒体基因组包含35个蛋白质编码基因、3种核糖体RNA以及20种转运RNA。重复序列分析共检测到220个简单序列重复、22个串联重复以及388对分散重复序列。此外还发现了584个RNA编辑位点，其中22个位点通过PCR扩增和Sanger测序得到了验证。在P. odoratum的叶绿体基因组与线粒体基因组之间还发现了31个线粒体质体DNA片段，这些片段占P. odoratum线粒体基因组总长度的1.32%。基于线粒体基因组与叶绿体基因组的系统发育分析表明，P. odoratum的分类学地位与演化特征较为相似。另外，与“化石化”的北美鹅掌楸的蛋白质编码基因相比，P. odoratum的线粒体基因组丢失了5个基因（rpl2、rpl10、rps7、rps11和sdh3）。进一步的筛选压力分析显示，P. odoratum及其相关物种的线粒体基因组呈现保守的演化模式，而这12个核心基因则受到严格的自然选择约束。