Stephania属的叶绿体基因组比较与系统发育分析（毛茛目：防己科）：对分子标记开发的启示

《Scientific Reports》：Comparative chloroplast genomes and phylogenetic analysis of the genus Stephania (Ranunculales: Menispermaceae): implications for molecular marker development

　　

摘要

Stephania属属于被子植物中的防己科，中国南方地区该属的物种多样性极为丰富。为从叶绿体基因组层面阐明Stephania属内的系统发育关系，我们运用第二代和第三代测序技术，对四种Stephania物种的完整叶绿体基因组进行了测序，这四种物种分别是Stephania longipes、Stephania lincangensis、Stephania longa和Stephania herbacea。本研究测得的四种Stephania物种的完整叶绿体基因组均具有保守的四部分环状结构，其总长度在157,727 bp到158,138 bp之间。这些基因组包含130个功能基因，鸟嘌呤-胞嘧啶（GC）含量在38.24%到38.28%之间。其中，蛋白质编码基因在第三个密码子位置上存在明显的A/U偏好。重复序列分析显示，共有31至43个长重复序列以及74至96个简单序列重复序列（SSRs），其中A/T类型的单核苷酸重复序列占比最高。Stephania属的完整叶绿体基因组具有高度的保守性，未观察到显著的大规模基因重排或倒位现象，其边界也相对稳定。核苷酸多样性（Pi）分析表明，共享的基因间区域通常比共享的编码区域具有更高的核苷酸多态性，其中有九个高度变异的区域可作为Stephania属物种鉴定的候选条形码区域。DNA条形码分析显示，所有测试样本中都能成功扩增区域，基于该区域的系统发育树与基于完整叶绿体基因组推断出的系统发育树高度一致，这说明该区域有望成为Stephania属的候选DNA条形码。叶绿体基因组的系统发育分析表明，Stephania属形成了一个独特的单系群，S.longipes和S.lincangensis亲缘关系较近，而S. longa和S.herbacea则属于另一个演化支。Stephania属内的系统发育关系反映了亚属的划分，但并未显示出属内的组别划分。研究表明，Stephania属植物的花序和果实形态特征有助于分类鉴定，但在提供系统发育信息方面作用有限。此外，Stephania japonica var. timoriensis和Stephania japonica var. discolor与典型的Stephania japonica存在一定程度的差异，这表明它们的分类地位需要进一步评估。