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【客户文章五连发】测一个叶绿体或多个叶绿体基因组的研究思路案例分享 同科不同物种叶绿体基因组/同属不同物种叶绿体基因组/单一叶绿体文章

发布日期:2022-03-09 浏览次数:415

【客户文章集】测一个叶绿体或多个叶绿体基因组的研究思路案例分享

同科不同物种叶绿体基因组/同属不同物种叶绿体基因组/单一叶绿体文章



客户文章一

2022年2月18日,浙江农林大学暨阳学院申建双老师团队在《Genes》(4.096/Q2)发表题为“The Complete Chloroplast Genome of Carya cathayensis and Phylogenetic Analysis”的研究成果。


文章内容

胡桃科金钱草属约有18种4变种,它们分布于东亚和北美东部的温带和热带地区,东亚和北美东部的山核桃在系统发育上是分离的,属内某些分类群之间的关系尚未解决。山核桃是一种重要的经济坚果树,在中国东部的野生环境中特有。华山核桃(中国山核桃)自然分布在中国浙江、江西和安徽省海拔500-1200米的潮湿山谷中。由于其较高的营养价值和经济价值,华山核桃在中国浙江省被广泛种植。华山核桃的叶绿体基因组对保护和繁殖策略的发展至关重要。因此测序了华山核桃的叶绿体基因组探索这一新的基因组资源的用途以及与山核桃属其他物种的关系,将为未来的系统发育和结构多样性研究奠定基础。

利用 Illumina HiSeq2500平台测序山核桃叶绿体基因组,利用SPAdes、CpGA V AS等软件组装注释山核桃叶绿体基因组,获得完整的环状叶绿体基因组,全长 160,825 bp,GC含量为 36.13%。它为典型的四分体结构,LSC长 90,115 bp,SSC长 18,760 bp,IRs长25,975 bp;有129 基因,84个 PCGs,37个 tRNAs,8个 rRNAs。基因组有252 个SSRs,55个散在重复序列。选择压力分析基因rps15、rpoA、rpoB、petD、ccsA、atpI、ycf1-2受正向选择压力影响。46个物种的全基因组构建系统发育树发现胡桃科为单系,山核桃与贵州山核桃、美国山核桃是姐妹分支。基因组比较分析发现IR边界区变化比较大,C. cathayensis与C. illinoinensis的链接点一致,C. kweichowensis的IR区比较大(40,943 bp);核苷酸多样性分析非编码区的分化程度高于编码区。山核桃高度多样的基因、LSC分子间重组,以及串联重复的共同发生致使其多样化,这些结果表明在系统发育研究中有很大的潜力。山核桃的叶绿体基因组为进一步研究重要的经济物种提供了有价值的信息。


原文链接:https://doi.org/10.3390/genes13020369


客户文章二

2022年1月25日,内蒙古农业大学赵彦老师团队在《Frontiers in Genetics》(4.599/Q2)发表题为“The Analysis of Chloroplast Genomes Provides Insights Into the Evolution of Agropyron”的研究成果。


文章内容

冰草属包含许多重要的野生物种,是小麦属的近亲;冰草属不同种类具有不同的染色体倍性(2x、4x、6x)。冰草属的大部分植物是牲畜和野生动物的良好饲料来源和栖息地,对杂草控制、栖息地利用、土壤稳定和流域管理也很有价值。叶绿体是植物的重要细胞器,参与植物的生理、发育、氨基酸、核苷酸、脂肪酸、植物激素、维生素的生物合成,以及硫和氮的同化。叶绿体基因组在低取代水平上具有高度保守的DNA序列,从系统发育的角度解决了群体进化关系,是物种和更高阶系统发育推断的理想选择。为了更好地了解冰草属植物分类、系统发育关系、物种间的变异,研究冰草属的植物叶绿体基因组是非常必要的。

为了全面了解冰草属植物叶绿体基因组的进化,测序了冰草属5个物种(A. cristatum×A. desertorumFisch.Schult,A.desertorum,A.desertorumFisch.Schult.cv.Nordan,A. michnoiRoshev, andA. mongolicumKeng)的叶绿体基因组,另外做了与其他11个物种的比较分析。结果表明五个叶绿体基因组为典型四分体结构,基因组大小从135.445bp-135.486bp,GC含量38.32%–38.33%。基因组排列和结构保守,LSC长79,613 bp-79,634 bp,SSC长 12,760 bp-12,768 bp,IR长43,060 bp-43,090 bp;包括129个基因,38 个tRNAs、8个 rRNAs、83 个PCGs;A.cristatum 比冰草属其他物种短,仅含有109个基因,29 个tRNAs, 4个rRNAs,76 PCGs。A.mongolicum的ropC2 基因,A. michnoiand的 ccsA基因Ka/Ks值相对较高,表明这两个基因在进化过程中存在明显的突变。五种叶绿体基因组的SSRs数量分别是 171、 171、 170、 169、 173、 169个,单核苷酸数量最多,大部分是poly A或poly T。叶绿体基因组结构比较分析发现冰草属的物种结构相似,,trnG-GCC、matK、petL、ccsA、rpl32 具有较高的核苷酸多样性,可以作为分类学研究中的分子标记。系统发育关系分析表明物种分成2分支,Hordeum属聚在一支,其他的聚成另一支,冰草属聚为一个亚类,A. mongolicunKeng与A. michnoi 关系较近。A. desertorumFisch. Schult、A. desertorum、A. cristatum×A. desertorumFisch.Schult 为同一个组,A. desertorum与A. cristatum×A. desertorumFisch.Schult亲缘关系最近,因为他们是A. desertorum和A. cristatum杂交产生的,A. mongolicum与A. michnoi亲缘关系较近;另外的物种与冰草属亲缘关系更近。本研究为进一步了解冰草属的进化、遗传和系统发育关系提供了基础。


原文链接:doi: 10.3389/fgene.2022.832809


客户文章三

2022年1月9日,贵州大学吴峰老师团队在《Life 》(3.885/Q2)发表题为“Complete Chloroplast Genome Sequence of Fagus longipetiolataSeemen (Fagaceae): Genome Structure, Adaptive Evolution, and Phylogenetic Relationships”的研究成果。


文章内容

水青冈属为壳斗科的一个属,具有重要的经济价值,主要有落叶乔木,是北半球温带和亚热带落叶阔叶林的重要组成部分;全世界约有10-13种,中国有5-7种。该属植物进化史的研究有助于揭示全球气候变化对植被的影响,以及该类群的地质和生物联系。以往都是基于总茎长、总苞片类型和形状、叶片质地及结构特征等外部形态特征对叶片进行分类,但水青冈是一个相对特殊的群体,具有丰富的多样性和复杂的遗传关系。基因组测序被广泛用于分析物种的遗传变异和进化,叶绿体(cp)、线粒体和细胞核包含独立的基因组,可以为系统发育提供重要的遗传信息。cp基因组母系遗传,长度短、易于提取/纯化、序列高度保守/有大量SSR位点,对于揭示物种的起源和进化以及确定不同物种之间的亲缘关系具有更重要的参考价值。但水青冈属只测了Fagus engleriana、Fagus sylvatica、Fagus crenata、Fagus japonicavar.multinervis叶绿体基因组,Fagus longipetiolata 叶绿体基因组未测序。

本研究测序了水青冈的叶绿体基因组,对叶绿体基因组进行分析密码子偏向、散在重复序列和SSR等分析。组装注释水青冈叶绿体基因组,全长158,350 bp,环状;典型的四分体结构,IRA/IRB 长25,894 bp,SSC长18,891 bp,LSC长87,671 bp;GC含量 37.09%。基因组有131个基因,分别有 81 PCGs, 37个 tRNA s、8个 rRNAs、5个 pseudogenes。水青冈叶绿体基因组编码24169个氨基酸,Leucine 最多,2553 个,cysteine 最少,276个;发现37个长重复序列,其中回文最多,17个,正向14个,30个重复序列长度在30bp-38bp,其他的长 40bp–46 bp。258个SSRs,主要在LSC区,159个在基因间区, 99个编码区。PI分析发现有106个位点,有5个高度可变区域分别是rps12、rpl32、ccsA、trnW-CCA、rps3。IR编辑分析定位在边界的基因有rsp19、rpl2、ycf1、ndhF、ycf1、trnN、rpl2、trnH,水青冈属所有物种中rsp19的位置相似。F . longipetiolata 中的ndhD、rpoA、ndhF 受正向选择影响。系统发育分析F . longipetiolata和F . engleriana 亲缘关系较近,他们在中国的分布重叠。水青冈叶绿体基因组为水青冈属进一步的分类、系统发育和进化研究提供重要的遗传信息。

原文链接:https://doi.org/10.3390/life12010092


客户文章四

2022年1月10日,青海民族大学杜清老师团队在《Molecular Biology Reports 》(2.316/Q3)发表题为“The complete chloroplast genome sequence of Clerodendranthus spicatus, a medicinal plant for preventing and treating kidney diseases from Lamiaceae family ”的研究成果。


文章内容

肾茶是一种多年生草本植物也是唇形科第一个被报道的植物,全株或地上部分被广泛用于治疗慢性肾炎、膀胱炎、尿路结石和类风湿性关节炎以及肾脏疾病,是中国东南地区治疗肾病最重要的药物之一。目前肾茶的遗传学研究仍处于起步阶段。为了了解肾茶属植物的系统分类和识别物种的分子标记,测序组装了肾茶的也叶绿体基因组其,独特特性为后续的遗传分析和生物勘探提供了宝贵的资源。

对肾茶叶绿体基因组进行Illumina测序和基因组组装,肾茶叶绿体基因组长152,155 bp,大单拷贝区长83,098 bp,小单拷贝区长17,665 bp,反向重复区长 25,696 bp,有131个基因,87个蛋白编码基因、36个 tRNAs、8个rRNAs;异亮氨酸密码子最丰富,占总密码子的4.17%,AUG、UUA和AGA的密码子具有较高的密码子偏好性,揭示了肾茶的进化过程和功能。研究中鉴定出28个简单序列重复、36个串联重复和40个分散重复,分析了rps19、 ycf1、rpl2、 trnH、 psbA的基因分布,ndhG-ndhI、accD-psaI、rps15-ycf1、rpl20-clpP、ccsA-ndhD区域 K2p值较高。IR边界分析揭示了IR的收缩/扩张,表明IR边界经历了连续的重组。为了研究其系统发育,选择了临床研究中对肾脏系统有药理作用的其他14种物种构建发育树,发现肾茶与唇形科的Tectona grandis、 Glechoma longituba.亲缘关系较近。研究结果为肾茶相关物种系统分类和物种鉴别奠定了基础,通过进化树的亲缘关系可以找到改善善肾功能药物潜在的候选物种。


原文链接:https://doi.org/10.1007/s11033-022-07135-4


客户文章五

2022年1月27日,南京林业大学王老师团队在《Ecology and Evolution 》(2.912/Q2)发表题为“The complete chloroplast genomes of three Hamamelidaceae species: Comparative and phylogenetic analyses”的研究成果。

文章内容

金缕梅科是被子植物起源和早期进化的一个重要类群,地理分布广泛而分散,有许多用途,如木材、医药、香料和观赏。植物叶绿体基因组是半自主细胞器,独立于核基因组,与母体遗传相对应,具有独立的转录和运输系统;具有相似的结构、高度保守的序列和稳定的母体遗传,已成为物种鉴定、群体遗传学、系统发育和基因工程研究的理想资源。被子植物谱系的叶绿体基因组中可以检测到基因突变、重排、复制和丢失。基因组中的结构变化可用于研究分类学意义和系统发育关系,并为基因组标记的开发提供信息。完整的叶绿体基因组包含所有用于重建进化历史的基因,为进化和系统发育分析提供了更有价值和高质量的信息。金缕梅科是研究被子植物系统发育的关键科。长期以来,该科属间的关系一直存在争议。早期的研究主要集中在DNA片段标记技术或基于核/叶绿体DNA片段的系统发育分析。然而,有限的核或叶绿体DNA片段不能提供足够的系统发育信息来有效解决种间关系。近年来,随着分子技术的迅速发展,人们对金缕梅科植物进行了系统发育分析,完整的叶绿体基因组为进化和系统发育分析提供了更有价值和更高质量的信息,并减少了可能指示关键进化事件的一个或几个基因研究中固有的采样误差。

本研究测序组装注释了Loropetalum chinense、Corylopsis glandulifera、Corylopsis velutina 叶绿体基因组,全长分别是159,402 bp、159,414 bp、159,444 bp。它们为典型的四分体结构,IR区长分别是 26,283、 26,283、26,257 bp,LSC区分别是 88,134、 88,146、88,160 bp,SSC区分别是18,702、 18,702、18,770 bp,编码132– 133 个基因,85–87个PCGs, 37–38个tRNAs,8个 rRNAs。编码区由26797、26574、26415个密码子组成,大部分以A/U结尾。研究共鉴定出37-43个长重复序列,175-178个SSR,A-T碱基数量高于G-C碱基数量。基因组比较IR区比LSC或SSC区更保守,而非编码区比基因编码区具有更高的变异性。系统发育分析表明,同一属的物种倾向于聚集在一起。Chunia Hung T. Chang、Mytilaria Lecomte、Disanthus Maxim与 Corylopsis Siebold & Zucc 早期出现分歧,与Loropetalum R. Br. 亲缘关系较近。本研究为金缕梅科进一步的物种鉴定、进化和系统发育研究提供了有价值的信息。

原文链接:https://doi.org/10.1002/ece3.8637