莱温斯克亚属（正藓科）的质体比较分析：对基因组结构、分子进化及系统发育关系的探讨

《BMC Plant Biology》：Comparative plastome analyses of Lewinskya (Orthotrichaceae): insights into genome structure, molecular evolution, and phylogenetic relationships

　　

摘要

背景

苔藓是陆地生态系统中的重要组成部分，为研究植物多样性、适应性以及基因组进化提供了重要载体。Lewinskya是正藓科中物种丰富的苔藓属，但由于其鉴别特征往往较为微妙或存在趋同现象，该属内的物种划分及系统发育重建仍然十分困难。叶绿体基因组可为比较研究和系统分类提供有用的基因组资源及补充证据。本研究旨在构建新的Lewinskya叶绿体基因组资源，并分析该属内叶绿体基因组的结构、序列变异、密码子使用情况以及基于叶绿体的系统发育关系。

结果

通过基因组扫描数据，共组装出了5个新采样的Lewinskya叶绿体基因组，其中包括3个环状叶绿体基因组序列和2个高质量的单支架序列。结合已发表的L. incana的叶绿体基因组序列，这6个Lewinskya叶绿体基因组的长度在122,258到123,526碱基对之间，其基因组结构、基因含量、GC含量以及反向重复序列边界均保持一致。每个叶绿体基因组包含128个基因，其中83个为蛋白质编码基因，37个为转运RNA基因，8个为核糖体RNA基因。每个叶绿体基因组中检测到520–542个简单序列重复，以单核苷酸重复为主，且大部分重复序列位于大型单拷贝区域。比较分析未发现大规模的基因组重排，但检测到了若干局部差异区域。核苷酸多样性分析确定了11个高度变异的区域，包括5个基因区（rps18、rpl22、infA、rpl32和rps3）以及6个基因间间隔区，这些区域大多位于大型单拷贝区域。不同物种间的密码子使用模式极为相似，且倾向于使用以A/T结尾的密码子。基于26个正藓科叶绿体基因组中的78个叶绿体蛋白质编码基因进行的系统发育分析表明，所研究的Lewinskya物种属于同一个分支，不过该属内一些更深入的亲缘关系仍无法明确界定。

结论

新组装的Lewinskya叶绿体基因组丰富了正藓科的基因组资源，表明所研究物种的叶绿体基因组在结构上较为保守，但也存在具有信息价值的局部变异。所发现的重复序列位点及高度变异区域可作为未来物种鉴定及种群水平研究的候选标记。叶绿体基因组规模的数据为Lewinskya的系统分类提供了有用依据，但要解决那些复杂的种间关系，还需要对更多分类群进行采样，并结合核基因组及形态学证据进行分析。