四种猕猴桃属物种叶绿体基因组比较：结构、变异与系统发育

《BMC Plant Biology》：Comparative chloroplast genomics of four Actinidia species: structure, variation, and phylogeny

　　

摘要

背景

猕猴桃属（Actinidia Lindl.）是猕猴桃科中经济和营养价值最高的属。然而，该属的物种鉴定和种内区分仍未完全明确，特别是Leiocoarpae组的遗传关系和精细变异仍知之甚少。为此，我们组装并注释了8个样本的叶绿体基因组，代表该组的4个物种：A. arguta（软枣猕猴桃）、A. melanandra（黑蕊猕猴桃）、A. kolomikta（斑叶猕猴桃）和A. polygama（多花猕猴桃）。

结果

所有8个叶绿体基因组在结构组织和基因组成方面表现出显著的一致性，大小在156,661至157,614 bp之间，GC含量均一为37.20%。长重复序列主要为正向、回文和反向重复，而互补重复缺失。此外还鉴定出大量简单序列重复（SSRs），其中单核苷酸重复最为丰富。比较分析揭示了7个可变区域（rps12-psbB、trnN-ndhF、rbcL-accD、petA-psbJ、ndhF、ycf1和ycf2）。PCR验证确认rbcL-accD可变区域能够区分4个研究物种，表明其作为猕猴桃属新型分子标记具有强大潜力。密码子使用偏好分析显示这些基因组倾向于使用以A/T结尾的密码子。基于叶绿体基因组的系统发育分析表明，所有样本被解析为两大进化支，分别对应Leiocoarpae组和非Leiocoarpae类群，这两个进化支进一步通过基于SNP的主成分分析、单倍型网络和群体结构分析得到验证。值得注意的是，同一物种内不同样本，尤其是新测定的A. arguta样本，被归属于不同的谱系，揭示了Leiocoarpae组内更为复杂的关系。

结论

我们组装的叶绿体基因组丰富了猕猴桃属的基因组资源，并为该属的系统发育关系提供了新的见解。我们还表征了Leiocoarpae组内的可变区域，并通过实验验证了rbcL–accD区域作为区分特定物种分子标记的潜力。观察到的种内分化，尤其是A. arguta样本间的分化，凸显了Leiocoarpae组复杂的进化历史，可能反映了共享的父系祖先和/或近缘物种间的历史渐渗。总体而言，这些发现推进了我们对叶绿体基因组演化的理解，并为猕猴桃属的物种鉴定、种质资源鉴定和系统发育研究提供了有用资源。