五加属植物叶绿体基因组测序分析及系统发育研究

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五加属植物(Eleutherococcus)在隶属于五加科(Acanthopanaceae)的一支,系小乔木或落叶灌木。目前,全世界范围内发现了37种五加属植物,广泛分布于中国、日本、韩国、俄罗斯东部等东亚东北亚各地。近年来,印度、不丹、蒙古、尼泊尔、菲律宾、泰国和越南等东南亚国家及地区也发现了五加属植物。五加属植物普遍具有较高的药用价值,如抗疲劳、抗炎、抗应激、抗溃疡和改善心血管功能。迄今为止,据报道,五加属植物皮层具有抗炎和潜在的抗肿瘤活性,并对骨疾病具有治疗作用。然而,五加属植物利用传统形态上分类方法鉴定不准确。并且现有的通用DNA条形码存在鉴定效率不高的问题。本文将对可收集到的部分五加属植物的完整叶绿体基因组进行研究,以求更好地提升物种的鉴定效率。叶绿体完整基因组序列具有高度保守性以及较低的碱基替换率。在本研究中,我们对可收集到的7种五加属植物共计9个样本的完整叶绿体基因组进行了组装和注释,它们分别是:三株不同的无梗五加(Eleutherococcus sessiliflorus)、单叶离柱五加(Eleutherococcus eleutheristylus)、红毛五加(Eleutherococcus giraldii Harms)、五加(Eleutherococcus gracilistylus)、糙叶五加(Eleutherococcus henryi)、藤五加(Eleutherococcus leucorrhizus)、长梗五加(Eleutherococcus senticosus)。这些叶绿体基因组数据目前已经上传至美国国家生物信息中心NCBI(The National Center for Biotechnology Information)。本文中其主要研究结果如下所示:1.组装并完整注释了五加属植物的7个物种共9个样本的叶绿体基因组。并发现其叶绿体基因组结构具有十分典型的四分体结构,即具有LSC区、SSC区和一对分离的IR区。五加属植物叶绿体基因组的序列长度在155803-157328bp之间,其被注释出的基因数量在131个~134个之间。2.对五加属植物的叶绿体基因组序列进行分析存在有一定程度的差异。不同物种叶绿体基因组编码基因数量的差异主要是由于蛋白质编码基因数量的不同。在编码的三种基因中,r RNA基因的数量在不同物种中最为保守。基础GC含量分析表明,不同五加属植物叶绿体基因组的GC含量在37.93%~37.99%之间,差异不大。3.五加属植物叶绿体基因组的IR区有明显的扩张与收缩,各物种之间在IR区与LSC/SSC区的边界处出现的情况略有不同。三株无梗五加在JSB边界处均未发现ndh F基因。ycl基因长度似乎可以影响叶绿体基因组的总长度。4.五加属植物叶绿体基因组相互间具有较多的高变位点,我们推荐psb A-mat K、ndh F-rpl32-trn L这两个基因片段成为五加属植物的潜在的DNA条形码。我们同样观测到ycfl基因上具有超过250个变异位点,是否具有成为DNA条形码的潜力亟待论证。5.五加属植物从系统发育学角度看具有较为亲缘的关系,他们的叶绿体基因组在ML树下被划归为同一枝,并区别于其他五加科植物的属。红毛五加与糙叶五加处于同属亲缘关系的两极,具有较远的亲缘关系。目前,五加属植物叶绿体基因组测序的工作还比较少。本研究对9个五加属植物的叶绿体基因组进行了测序,并对其结构特征进行了分析,通过叶绿体基因组检测,对五加属植物进行了完全鉴定为五加属植物的物种鉴定和系统研究提供了数据基础。
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