长喙木莲叶绿体全基因组研究

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长喙木莲(Manglietialongirostrata(D.X.Li&R.Z.Zhou ex X.M.Hu,Q.W.Zeng&L.Fu)Sima)在2012年最初发表时,曾被认为是中缅木莲(Manglietia hookeri Cubitt&W.W.Smith)的一个变种,并被置于木兰科内的木兰属(Magnolia Linnaeus)中,经过司马永康的研究调查,我国仅在文山、金平和元阳零星分布,结合相关文献显示,目前该种在云南省文山州麻栗坡县(23°03’29"N,104°42’53"E)仅发现一株。2016年,司马永康研究认为,长喙木莲与中缅木莲以及木莲属其他种类形态差别很大,并根据司马永康—陆树刚系统,发表了新组合和新等级名称Manglietia longirostrata(D.X.Li&R.Z.Zhou ex X.M.Hu,Q.W.Zeng&L.Fu)Sima,将其归入木莲属中。至于以上哪一种分类处理更科学,即长喙木莲是中缅木莲的一个变种,还是一个独立的种,还需进一步的研究。本文通过叶绿体全基因组的研究,填补了长喙木莲叶绿体全基因组研究的空白,分析了它的叶绿体全基因组结构,并进行了密码子偏好性、重复序列、变异位点(SNP、InDel)、IR区边界、叶绿体基因组比较的研究,明确了长喙木莲在木兰科内的分类地位,为该物种亲缘进化关系、基因工程、分子标记的开发为基础的群体遗传学以及保护生物学方面的研究奠定基础。结果表明:1、长喙木莲叶绿体全基因组序列总长为160094 bp,为双链环状DNA,有四部分内容组成,GC占比39.30%,IR区GC含量高于LSC区和SSC区。经过注释之后共发现131个基因,CDS基因的数目86个,rRNA基因有8个,tRNA为37个。2、长喙木莲最优密码子(ΔRSCU>0.08)密码子有25个,在进化过程中既受到自然选择的影响也受到突变的影响,但以自然选择为主导作用。3、长喙木莲中共检测到43个SSR位点(微卫星重复序列),主要分为单碱基重复、二碱基重复、四碱基重复以及六碱基重复。但以单碱基重复为主,占86.03%。从散在重复序列来说,长喙木莲叶绿体全基因组中共检测到5条正向重复,4条回文重复,并未发现反向重复。从串联重复序列来说,检测到19条长度为15~24,重复次数为2~8的串联重复序列。4、经过长喙木莲与榕叶木莲(Manglietia ficifolia Sima&Tao Xu,ined)的比较分析,得到了 SNP位点与InDel位点,结果显示atpB-rbcL、matK以及ndhF之间的碱基变异位点相对较少,这些序列片段为木兰科属间或属下种间的系统关系存在一定的局限。5、通过IR边界分析表明,长喙木莲中由于ycf1横跨SSC区以及IRa区,由此产生了一个假基因,长喙木莲与其他9个物种的IR边界的差异主要在于JLB、JSB、JLA区域的不同。JLB区的变异情况为IRb区的rps19基因的扩张;JSB区的变异情况为SSC区的ndhF基因的扩张;JLA区的变异情况为LSC区的trnH基因发生收缩。即影响LSC区和IR区边界的主要因素rps19基因的扩张以及trnH基因的收缩,影响SSC区与IR区主要因素是JSA处的ycf1基因的大小以及ndhF基因的扩张。而JSA处的ycf1基因的大小是造成木莲属内两个物种造成差异的原因。6、通过长喙木莲与其他9种木兰科物种的叶绿体全基因组序列比较,发现木兰科内物种的编码区的变异程度小于非编码区的变异程度,变异最大的基因主要为129 K-131 K之间的ycf1基因。局部差异较大的基因序列重要位于6 K-9 K(rps16-psbI)、31 K-33 K(psbM-psbD)、38 K-40 K(psbZ-rps14)、48 K-52 K(rps4-ndhK)、66 K-68 K(petA-psbE)以及 117 K-120 K(ndhF-ccsA)。7、最后经过MrBayes方法对木兰科32个不同物种构建系统进化树,表明长喙木莲与大叶木莲有较近的亲缘关系,与中缅木莲的亲缘关系较远。明确了长喙木莲及其近缘种的系统分类位置,并认为长喙木莲应作为一个独立的种。
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