Page 135 - 《广西植物》2022年第10期
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１０ 期 张倩等: 白花刺续断野生居群的叶绿体全基因组特征解析 １ ７ ５ ３
采用了最大似然法( ｍａｘｉｍｕｍ ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄꎬ ＭＬ)、最 ＳＳＣ / ＩＲａ 的边 界 在 白 花 刺 续 断 基 因 组 中 都 位 于
大简约法(ｍａｘｉｍｕｍ ｐａｒｓｉｍｏｎｙꎬ ＭＰ)和贝叶斯推论 ｙｃｆ１ 基因内部ꎻＩＲａ / ＬＳＣ 边界全部位于 ｔｒｎＨ￣ＧＵＧ
法(Ｂａｙｅｓｉａｎ ｉｎｆｅｒｅｎｃｅꎬ ＢＩ)３ 种方法ꎮ 核苷酸替代 基因附近ꎮ
模型经 ｊＭｏｄｅｌＴｅｓｔ Ｖ ２.１.７ 软件筛选定为 ＧＴＲ＋Ｇ 利用 ＭＩＳＡ 软件对白花刺续断叶绿体全基因
模型ꎮ 利用 ＲＡｘＭＬ Ｖ.８.２.４ 软件构建 ＭＬ 系统树ꎬ 组进行分析ꎬ在白花刺续断 １０ 条序列中分别检测
采用快速靴带算法ꎬ重复 １ ０００ 次ꎮ 利用 ＭＥＧＡ 到 ７０、６８、７０、７０、７４、７４、７０、７０、７１、７１ 个 ＳＳＲ 位点
Ｖ.７.０.２６ 软 件 构 建 ＭＰ 树ꎬ重 复 １ ０００ 次ꎮ 利 用 (图 ３:Ｂ)ꎮ ＳＳＲ 最丰富的类型为单核苷酸重复ꎬ
ＭｒＢａｙｅｓ Ｖ.３.２.６ 构建 ＢＩ 树ꎬ基于马尔科夫链蒙特 其次是二核苷酸重复、三核苷酸重复、五核苷酸重
卡洛(ＭＣＭＣ) 算法ꎬ计算 １００ 万代ꎬ每隔 １ ０００ 代 复、四核苷酸重复和六核苷酸重复ꎮ 白花刺续断
取样一次ꎬ舍弃前 ２５％棵树ꎬ根据剩余的样本构建 叶绿体基因组中的 ＳＳＲ 主要是由 Ａ 和 Ｔ 组成ꎬ其
一致树ꎮ 中大部分是以 Ａ / Ｔ 碱基构成的单核苷酸重复ꎬ其
次是由 ＡＴ / ＴＡ 构 成 的 二 核 苷 酸 重 复 ( 图 ３:Ａ)ꎮ
２ 结果与分析 进一步分析表明ꎬ大部分 ＳＳＲ 位于 ＬＳＣ 区域ꎬ小部
分位于 ＳＳＣ 和 ＩＲ 区域(图 ３:Ｃ)ꎮ 同时ꎬ基因组中
２.１ 基因组结构与基本特征 的 ＳＳＲ 大部分分布于基因间区( ｉｎｔｅｒｇｅｎｉｃ ｓｐａｃｅｒꎬ
白花刺续断的叶绿体全基因组为常见的四分 ＩＧＳ)中ꎬ其他少数 ＳＳＲ 分布在内含子和蛋白编码
体结构ꎬ由两个反向重复区 ＩＲｓ(ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｒｅｐｅａｔｓ)、一 区域(ｃｏｄｉｎｇ ｓｅｑｕｅｎｃｅꎬＣＤＳ)中(图 ３:Ｄ)ꎮ
个大单拷贝区 ＬＳＣ(ｌａｒｇｅ ｓｉｎｇｌｅ ｃｏｐｙ)和一个小单拷 ２.３ 序列差异比较分析
贝区 ＳＳＣ(ｓｍａｌｌ ｓｉｎｇｌｅ ｃｏｐｙ)组成(图 １ꎬ表 ２)ꎮ 拼接 将比对好的 ５ 个地区白花刺续断叶绿体基因
后的白花刺续断叶绿体基因组ꎬ全长为１５５ ３３５~ 组进行 Ｓｌｉｄｉｎｇ ｗｉｎｄｏｗ 分析(图 ４)ꎮ 结果显示ꎬＳＳＣ
１５６ ２６６ ｂｐꎬＧＣ 含量为 ３８.１％ ~３８.２％ꎮ 各区段长度 区域的变异水平最高ꎬＩＲ 区域最低ꎮ 同时ꎬ筛选到
分别为 ８９ ０２７~８９ ０７６ ｂｐ(ＬＳＣ)、１７ ６８９~１７ ８４２ ｂｐ ３ 条高变异序列ꎬ分别位于 ＬＳＣ 区( ｒｐｏＣ１) 和 ＳＳＣ
(ＳＳＣ)、２４ ２５３~２４ ６６６ ｂｐ(ＩＲｓ)ꎮ ４ 个区段中 ＧＣ 含 区 ( ｎｄｈＦ 和 ｒｐｌ３２￣ｔｒｎＬ￣ＵＡＧ )ꎮ 其 中ꎬ ｒｐｌ３２￣ｔｒｎＬ￣
量最高的是 ＩＲ 区(４２.８％ ~ ４３.２％)ꎬ其次是 ＬＳＣ 区 ＵＡＧ 的变异性最高ꎬ其次是 ｎｄｈＦꎬ而 ｒｐｏＣ１ 最低ꎮ
(３６.５％) 和 ＳＳＣ 区(３２.９％)ꎮ 经注释ꎬ得到 １１３ 个 此外ꎬ本研究中以 ＳＤ０１ 作为参考序列ꎬ与其余 ９
基因ꎬ包括 ７２ 个编码蛋白基因、３０ 个 ｔＲＮＡ 基因、４ 条白花刺续断叶绿体基因组进行两两比较分析ꎮ
个 ｒＲＮＡ 基因和 ７ 个假基因( ｃｌｐＰ、ａｃｃＤ、ｙｃｆ２、ｙｃｆ１、 结果显示ꎬ叶绿体基因组序列中非编码区变异高
ｒｐｓ１８、ｒｐｓ３ 和 ｙｃｆ３)ꎮ 此外ꎬ白花刺续断叶绿体全基 于蛋白编码区域ꎬ单拷贝区(ＬＳＣ ＆ ＳＳＣ)变异明显
因组中有 １６ 个基因含有内含子(ｉｎｔｒｏｎ)ꎬ且均只含 大于反向重复区( ＩＲ)ꎮ ５ 个地区白花刺续断叶绿
有一个内含子(表 ３)ꎮ 体基因组序列整体上高度相似ꎬ变异较大的基因
２.２ ＩＲ / ＳＣ 边界收缩扩张及 ＳＳＲ 分析 有 ｒｐｏＣ２、ｐｓｂＣ、ｒｒｎ２３ 和 ｙｃｆ１ꎬ其他基因保守程度非
叶绿体基因组由两个反向重复的 ＩＲ 区、ＬＳＣ 常高ꎮ 基因间区的变异大于基因区ꎬ如 ａｔｐＦ￣ａｔｐＨ、
区与 ＳＳＣ 区 构 成ꎬ 因 此 存 在 ＬＳＣ / ＩＲｂ、 ＩＲｂ / ＳＳＣ、 ｐｓａＢ￣ｐｓａＡ、 ｐｓａＡ￣ｙｃｆ３、 ｔｒｎＭ￣ＣＡＵ￣ａｔｐＥ、 ｐｓｂＦ￣ｐｓｂＥ、
ＳＳＣ / ＩＲａ 和 ＩＲａ / ＬＳＣ ４ 个边界ꎮ 在基因组进化过 ｐｓｂＥ￣ｐｅｔＬ、 ｒｒｎ５￣ｔｒｎＮ￣ＡＣＧ、 ｔｒｎＲ￣ＡＣＧ￣ｔｒｎＮ￣ＧＵＵ、
程中ꎬ４ 个边界会发生扩张与收缩ꎬ使某些基因进 ｔｒｎＬ￣ＵＡＧ￣ｃｃｓＡ( 图 ５)ꎮ 从这些区域中ꎬ可开发特
入 ＩＲ 区或单拷贝区ꎮ 不同地点白花刺续断的叶 异性片段ꎬ用于该属种间及种下水平的系统进化
绿体基因组的 ４ 个边界相对保守( 图 ２)ꎮ ＬＳＣ / 与发育研究ꎮ
ＩＲｂ 边界在白花刺续断中位于 ｒｐｌ２３ 基因内部ꎬ且 ２.４ 系统发育分析
位于 ＬＳＣ 区域的差异不大ꎬ为 １８５ ~ １８６ ｂｐꎻＳＤ０１、 本研究利用 Ｐ￣ｄｉｓｔａｎｃｅ 种间遗传变异及核苷
ＹＤ０１、ＹＤ０２、ＬＴ０１、ＬＴ０２、ＫＤ０１、ＫＤ０２ 的 ＩＲｂ / ＳＳＣ 酸替换比较了 １０ 条白花刺续断的叶绿体全基因
边界基 因 完 全 相 同ꎬ 位 于 ＩＲｂ 区 ｔｒｎＮ￣ＧＵＵ 基 因 组进 化 差 异ꎬ 研 究 结 果 表 明ꎬ Ｐ￣ｄｉｓｔａｎｃｅ 为 ０ ~
１３８ ｂｐ 处ꎬ而 ＳＤ０２、ＤＦ０１、ＤＦ０２ 的 ｔｒｎＮ￣ＧＵＵ 基因 ０.０００ ７ꎬ核苷酸差异值为 ０ ~ １ ５１５ꎬ且大部分序列
扩张到 ＳＳＣ 内部ꎬ距离 ＩＲｂ / ＳＳＣ 边界 ４８ ~ ２２３ ｂｐꎻ 间地理位置越远ꎬ 其相互间 Ｐ￣ｄｉｓｔａｎｃｅ 和核苷酸差
