掌握落羽杉屬的葉綠體基因組將有助于落羽杉屬種質資源的開發利用,但是目前關于落羽杉屬的葉綠體基因組特征的研究還是一片空白。我們測定了落羽杉、池杉、墨西哥落羽杉的完整葉綠體基因組全長,長度范圍為131947bp~132613bp,三個葉綠體基因組均能編碼120個基因,且120個基因在三個物種中排序一致。不同于典型的葉綠體基因組四分結構,落羽杉屬葉綠體基因組丟失了反向重復區(IR)。最長的小IR為282bp,包含trnQ,參與異構體的形成。比較3個物種葉綠體基因組,發現91.57%的插入缺失indels會導致串聯重復序列(TR)重復次數發生改變,而72.46%的單核苷酸多態性(SNPs)分布于TRs附近,說明TR可能與落羽杉屬的葉綠體基因組突變動力學有關。本研究還挑選出11個高變區作為DNA條形碼發展的候選區域,其中一個高變區Ycf1是唯一一個具有indel的編碼區域,該indel由一個長TR組成。縱觀整個廣義柏類,Ycf1基因普遍包含TR的插入事件,且ycf1基因的長度得到廣泛地擴張。同時ycf1也處于廣義柏類葉綠體基因組的重排熱點。所有以上特征都預示重復序列可能在葉綠體基因組進化中發揮著重要作用。本研究為重復序列在葉綠體基因突變和重排的動力學機制中的作用提供有力支持。此外,獲得重復序列TRs和高變區的信息將有助于今后對落羽杉屬和其他廣義柏類植物的鑒定、系統發育分析和了解其種群結構和生物多樣性提供分子依據。撰寫的論文“Comparative chloroplast genomics of the genus Taxodium”發表于期刊BMC Genomics

圖1池杉葉綠體種保守基因塊,TRs,indels的分布圖

  圈1:藍色為池杉中編碼基因,紅色tRNA,紫色rRNA?圈2:池杉相對于蘇鐵葉綠體基因組的保守基因塊?圈3:phobos軟件報告的639個TR的位置?不同長度的TRs用不同的顏色標記,綠色代表重復≥20bp,瑰紅色代表10?19 bp,橙色代表<10 bp,圖中點位置的相對高度表示200 bp的非重疊區域內多態位點的相對數量,分別統計處理三種不同顏色的重復,相對位置較高的點表示200 bp窗口內屬于TR的更多基因塊?圈4:indels分布(藍色)?圈5:SNP分布(紅色),相對位置較高的點表示在200 bp范圍內有更多的多態位點?紅色矩形(HR01-HR11)顯示了11個挑選出的高變區的位置,矩形框內 Indel或SNP內部矩形的點的數量或相對位置高于外部?

圖2 池杉中兩種異構體的電泳圖

圖3 針葉樹中ycf1基因的串聯重復序列分布圖

  注: 使用Mafft基于ycf1基因的序列比對構建系統發育樹? 系統發育樹的右側顯示了ycf1基因上串聯重復序列的位置,根據多重序列比對的長度繪制水平線的長度,其中包括的基因裂隙長度? 因此,不同物種中重復序列的位置可以相互映射? 圖最右邊是ycf1基因的實際長度(不包括基因裂隙)

圖4.ycf1基因周圍的基因分布圖

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