Page 87 - 《广西植物》2025年第3期

３ 期 陈丽琼等: 维管植物质体基因组多样性及其获取与应用研究进展 ４ ６ ７

ｐｌａｓｔｏｍｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｓｅｑｕｅｎｃｅｄ ａｎｄ ｐｕｂｌｉｓｈｅｄꎬ ｏｆｆｅｒｉｎｇ ｎｅｗ ｅｖｉｄｅｎｃｅ ｆｏｒ ｆｕｒｔｈｅｒ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎ ａｎｄ
ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｖａｓｃｕｌａｒ ｐｌａｎｔｓ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ. Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｖａｓｃｕｌａｒ
ｐｌａｎｔ ｐｌａｓｔｏｍｅｓꎬ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｐｌａｓｔｏｍｅ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｉｎ ｐａｒａｓｉｔｉｃ ｐｌａｎｔｓꎻ ｒｅｖｉｅｗｓ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｍａｉｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｐｌａｓｔｏｍｅ
ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ ａｎｄ ａｓｓｅｍｂｌｙꎻ ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｈｅｒｂａｒｉｕｍ ＤＮＡ ａｎｄ ｌｉｎｅａｇｅｓ ｗｉｔｈ ｃｈａｌｌｅｎｇｉｎｇ
ｐｌａｓｔｏｍｅ ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ. Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎꎬ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓ ｗｉｔｈ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｐｌａｓｔｏｍｅｓ ｔｏ ｐｈｙｌｏｇｅｎｅｔｉｃ ａｎｄ ｓｕｐｅｒ￣
ｂａｒｃｏｄｅ ｓｔｕｄｉｅｓꎬ ａｎｄ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｔｏ ａｄｄｒｅｓｓ ｔｈｅｓｅ ｉｓｓｕｅｓ.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ｐｌａｓｔｏｍｅ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎꎬ ｇｅｎｏｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎꎬ ａｃｑｕｉｒｉｎｇ ｐｌａｓｔｏｍｅｓꎬ ｐｈｙｌｏｇｅｎｙꎬ ｓｕｐｅｒ￣ｂａｒｃｏｄｅｓ

植物基因组中蕴含着丰富的遗传信息ꎬ编码 体基因组的获取及组装策略ꎬ探讨获取标本 ＤＮＡ
遗传信息的 ＤＮＡ 序列和氨基酸序列是系统发育 和特殊类群质体基因组的常用策略ꎻ进一步探讨
和演化分析的重要性状ꎬ为探讨植物的起源与演 质体基因组在系统发育和超级 ＤＮＡ 条形码研究
化提供了重要证据( Ｇｉｔｚｅｎｄａｎｎｅｒ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１８ａꎻ Ｌｉ 中面临的问题与挑战ꎬ以期为未来质体基因组的
ＨＴ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２１)ꎮ 植物细胞中通常含有 ３ 套基因 研究方法和研究方向提供参考ꎮ
组ꎬ即核基因组、质体基因组和线粒体基因组ꎬ其
中质体基因组和线粒体基因组合称为细胞器基因 １ 质体基因组结构多样性与演化
组ꎮ 核基因组为双亲遗传ꎻ细胞器基因组中的线
粒体基因组为母系遗传ꎻ质体基因组多为母系遗 １.１ 质体基因组的基本特征
传ꎬ但在裸子植物松柏类中为父系遗传ꎬ极少物种 截至 ２０２４ 年 ３ 月ꎬ叶绿体基因组综合数据库

是双亲遗传的( Ｃｏｒｒｉｖｅａｕ ＆ Ｃｏｌｅｍａｎꎬ １９８８ꎻ Ｚｈａｎｇ ( ｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔ ｇｅｎｏｍｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｒｅｓｏｕｒｃｅꎬ ＣＧＩＲꎬ
＆ Ｓｏｄｍｅｒｇｅｎꎬ ２０１０)ꎮ ｈｔｔｐｓ: / / ｎｇｄｃ.ｃｎｃｂ.ａｃ.ｃｎ / ｃｇｉｒ) 共收录了 ２７ ９０１ 条
质体基因组常被称为叶绿体基因组ꎬ这是因 质体基因组序列ꎬ维管植物 １５ ６２４ 种(约占已知物
为质体基因组通常来源于叶片中的叶绿体ꎮ 实际 种的 ４.２３％)ꎬ其中被子植物占比最多(９４.８８％)ꎬ
上ꎬ叶绿体是质体的一种ꎬ根据所含色素和功能不 石松类植物占比最少(０.４５％) ( 图 １)ꎮ 在维管植
同ꎬ质体可分为有色体、黄化体、造油体和淀粉体 物中ꎬ被子植物的质体基因组结构因相对保守而
等ꎮ 质体的光合作用能力被证实源自蓝菌类祖 更易测序组装ꎬ石松类部分类群因存在多种复杂
先ꎬ蓝藻祖先主动侵染或被真核生物吞噬后因未 基因组构型而不易组装( 图 ２)ꎮ 维管植物质体基
被消 化 而 形 成 共 生 关 系ꎬ 之 后 退 化 为 细 胞 器 因组大小相差 ２４ 倍ꎬ最小的是质体基因组完全退

(Ｇｏｕｌｄ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２００８ꎻ Ｗｉｃｋｅ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１１ꎻ Ｂｏｔｔｅ ＆ 化的 寄 生 植 物 大 花 草 属 ( Ｒａｆｆｌｅｓｉａ) 和 菟 丝 子 属
Ｍａｒｅｃｈａｌꎬ ２０１４)ꎮ 相较于核基因组和线粒体基因 (Ｃｕｓｃｕｔａ ) 下 Ｓｕｂｕｌａｔａｅ 组 ( Ｍｏｌｉｎａ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１４ꎻ
组ꎬ质体基因组大小及核苷酸置换速率适中ꎬ因其 Ｂａｎｅｒｊｅｅ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２３)ꎬ 而 最 大 的 是 牦 牛 儿 苗 科
广泛存在于各类植物组织细胞中而易获得ꎬ是研 Ｐｅｌａｒｇｏｎｉｕｍ ｔｒａｎｓｖａａｌｅｎｓｅ ( ＫＭ５２７９００) 可 以 达 到
究植物系统发育和演化的重要手段( 张韵洁和李 ２４２ ５７５ ｂｐ (Ｗｅｎｇ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１７)ꎬ存在大量重复序

德铢ꎬ ２０１１ꎻ Ｇｉｔｚｅｎｄａｎｎｅｒ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１８ｂ)ꎮ 列ꎮ 维管植物的质体基因组大小平均为 １５０ ｋｂꎬ
全球已知的维管植物约 ３６９ ０５４ 万种ꎬ是地球 不同类群的质体基因组平均大小略有差异ꎬ依次
生物多样性的重要组成部分ꎬ包括广义蕨类( 石松 为 １５５ ｋｂ( 石松类)、１５２ ｋｂ( 被子植物)、１５１ ｋｂ
植物 和 狭 义 蕨 类 植 物)、 裸 子 植 物 和 被 子 植 物 (蕨类植物)、１３１ ｋｂ( 裸子植物)ꎮ 相较于维管植
(Ｂｏｒｓｃｈ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２０ꎻ 钱宏等ꎬ ２０２２)ꎮ 测序技术 物ꎬ非维管植物质体基因组大小相差 １０ 倍左右ꎬ
的快速发展促使维管植物诸多类群的质体基因组 最小的剑叶藓( Ｓｃｏｐｅｌｏｐｈｉｌａ ｃａｔａｒａｃｔａｅꎬ ＬＣ６３４７７３)
被解析和发表ꎬ为解决物种鉴定、起源和演化等重 为 １２２ ２９０ ｂｐꎬ 最 大 的 绿 藻 门 红 球 藻
要问题提供了新手段ꎮ 本文综述了维管植物质体 (Ｈａｅｍａｔｏｃｏｃｃｕｓ ｌａｃｕｓｔｒｉｓꎬ ＭＧ６７７９３５) 为１ ３５２ ３０６
基因组的基本特征和结构多样性ꎬ并以异养植物 ｂｐ (Ｂａｕｍａｎ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１８ꎻ Ｉｎｏｕｅ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２２)ꎮ 维
为例概述质体基因组的演化ꎻ简要概述主流的质 管植物的质体基因组 ＧＣ 含量相差 ２ 倍ꎬ最低的是