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百合属的比较叶绿体基因组学研究

花匠小妙招
2024-11-20 17:06

百合属的比较叶绿体基因组学研究

百合是集观赏、食用、药用价值为一体的,具有重大商业价值的园林花卉。经过长期的传统形态分类学到现代的分子系统分类学的研究,百合属的起源与系统发育已有了清晰的轮廓,但是具体的系统进化过程、同一个物种在形态分类学与分子系统分类学中不同的分类方法、近缘物种间的鉴定、种与亚种的界限、豹子花属可否划分到百合属内部等一系列问题仍然存在着争议,同时对于百合属内濒危物种以及重要的种质资源的保护、驯化和育种缺乏更多的遗传数据作为理论支持。目前,全球已有超过1000个物种的叶绿体基因组被测定,为光合植物的研究提供了重要的信息。本次研究使用生物信息学手段,对百合属叶绿体基因组的结构特点、核苷酸多态性以及系统发育研究进行分析,为百合属植物的保护、育种、群体遗传学、开发DNA条形码、起源进化和多样性研究奠定基础。主要研究结论如下:1.本研究通过高通量测序技术获得10个151,655 bp-153,235 bp不等的百合属物种的完整叶绿体基因组序列,共编码113个不同的基因,包括79个蛋白编码基因、30个tRNA和4个rRNA,基因内容和基因顺序完全一致,进一步完善了百合属叶绿体基因组的遗传信息。2.联合已经公布(NCBI)的6个百合属叶绿体基因组,对百合属叶绿体基因组的结构特点进行分析,结果表明,所有基因排列顺序一致,没有发生基因重新排列现象;具有丰富的AT含量,蛋白编码区密码子第三位置的AT含量最高;sect.Martagon在Intron、IGS和Genes三个功能区的比例上与百合属内其它分组有着明显差别。3.使用生物信息学分析手段,对16个百合属叶绿体基因组进行对比分析,共鉴定出1043个SSR位点;通过核苷酸多态性,揭示百合属叶绿体基因组序列在不同区域以及不同物种中各不相同的进化速率;另外,基于基因片段分化程度,鉴定出trnS-trnG,trnEtrnT-psbD,trnF-ndhJ,psbE-petL,trnP-psaJ-rpl33,psbB-psbH,petD-rpoA,ndhF-rpl32-trn L,ycf1a和ycf1b共十个高变区域可用于百合属叶绿体基因组分子标记的开发。4.基于叶绿体基因组中的不同区域,构建系统发育树。cpDNA进化树、LSC进化树、SSC进化树和高变区进化树有着高度相似并且支持率相近的拓扑结构;与核苷酸多态性进行联合分析,鉴定L.sp.(来自GenBank)和L.tsingtauense极有可能是相同的物种;认为L.distichum(自于GenBank)叶绿体基因组数据在进行测序工作前的物种鉴定工作可能准确度不够。综上所述,百合属叶绿体基因组虽然基因组长度差异不大,且基因顺序完全一致,但是在结构组成和序列分化方面仍然为百合属物种间的研究提供了非常丰富的遗传信息,可用于构建具有高分辨率的系统发育树、鉴定SSR位点、SNP位点和开发高变区域的分子标记。这些信息增强了研究人员对百合属植物多样性的认识,加深了对百合属植物系统进化关系的了解,对于了解百合属植物的气候适应性,促进百合属物种的种质创新、近缘物种和栽培品种的鉴定以及保护有价值的遗传性状具有重要的价值。