中国桃属-扁桃亚属植物全叶绿体基因组比较分析和系统发育研究

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扁桃亚属(Subgenus Amygdalus)植物属于蔷薇科(Rosaceae)李亚科(Prunoideae)桃属(Amygdalus L.)。中国本土分布有榆叶梅Amygdalus triloba、长柄扁桃Amygdalus pedunculata、扁桃Amygdalus dulcis、矮扁桃Amygdalus tenella、西康扁桃Amygdalus tangutica和蒙古扁桃Amygdalus mongolica等6种。中国扁桃亚属植物如长柄扁桃、蒙古扁桃、西康扁桃和矮扁桃仍尚处于野生半野生待或正开发过程。叶绿体是植物细胞内进行光合作用的主要场所,为半自主性细胞器,具有自身的DNA和蛋白质合成体系,是植物细胞遗传的重要组成部分。被子植物细胞中叶绿体基因组序列通常高度保守,多来源于母系亲本,基因组大小适宜,基因进化速率适中,单独以叶绿体基因构建植物系统演化分析具有可行性且可信度极高。本研究以课题组所获得扁桃亚属全叶绿体基因序列做为核心,从桃属-扁桃亚属以及蔷薇科之间基于全叶绿体基因组数据构建进化树,对中国扁桃亚属植物类群进行系统发育学研究。本研究得到的主要结论有以下几点:1.通过Illumina Hiseq平台进行高通量测序,课题组获得了长柄扁桃A.pedunculata、蒙古扁桃A.mongolica、榆叶梅A.triloba、西康扁桃A.tangutica和矮扁桃A.tenella 5条完整的叶绿体基因组序列并在NCBI数据库保存注册。2.对扁桃亚属、桃亚属(Subgenus Persica)、桃属以及蔷薇科叶绿体基因组基本特征进行分析,发现扁桃亚属、桃亚属、桃属和蔷薇科植物叶绿体基因组总长度分别在157,851-158,596 bp、157,736-158,971 bp、157,736-158,971 bp和157,736-158,971 bp之间,平均长度分别在158,163 bp、158,203 bp、158,181 bp和158,012 bp,都为典型的四分体结构,桃属-扁桃亚属以及蔷薇科叶绿体基因组结构十分保守,物种的叶绿体基因组总长度与其系统演化地位无明显相关性。叶绿体基因组中总GC含量在36.6%-37.3%之间,绝大多数物种在36.8%。3对桃属-扁桃亚属以及蔷薇科叶绿体基因组蛋白编码区(CDS)序列中密码子使用情况进行分析,发现植物类群具有种属特异性。首先都使用64种密码子,其次密码子编码数目最多的均为脂肪族类氨基酸的亮氨酸(Leu),出现数目最多的密码子均是编码苯丙氨酸的UUU。桃属-扁桃亚属以及蔷薇科叶绿体基因组RSCU值大于1密码子的类型最少有29种,最多为31种,和大多数被子植物相似,偏好以A、T结尾编码的密码子。4.桃属-扁桃亚属叶绿体基因组的SSR类型具有相似的种属特异性,重复类型主要为单核苷酸类型,SSR位点中均未检测出三核苷酸类型,且碱基组成偏强的A、T类型。5.桃属-扁桃亚属以及蔷薇科植物类群叶绿体基因组从序列分化方面具有共线性,且桃属-扁桃亚属植物在SC/IR边界具备一定基因排列种属特异性。6.中国扁桃亚属植物分两大支镶嵌分布于李亚科的桃属、杏属(Armeniaca Mill.)、李属(Prunus L)和樱属(Cerasus Mill.)中。蔷薇科不同亚科与不同属与扁桃亚属植物进化关系不同。中国扁桃亚属类群与桃属、李属、杏属和樱属植物有密切关系,桃类植物类群处于核果类进化顶端。分子系统学中的扁桃亚属分类阶元更能体现桃族(tribe Amygdaleae)广义李属(Prunus s.l.)不同亚属的核果不同阶段的演化和属内各物种间亲缘关系。从现代分子系统学分类体系,依据本研究结果得出扁桃亚属植物桃类为核果类进化最高类群。《中国植物志》中杏属、李属以及樱属部分植物可划分为桃族广义李属扁桃亚属。
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