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人参属（Panax）为五加科（Araliaceae）植物分支之一，本属约有 8 种，分布于亚洲东部、喜马拉雅山脉地区、中南半岛、北美洲，我国有 7 种（1 种为引进栽培）（中国科学院中国植物志编委会，2013）。人参属植物均可入药，大多是我国传统的名贵中药材。在秦巴山区，主要分布着3种人参属植物，分别为珠子参（P. japonicus var. major）、羽叶三七（P. japonicus var. bipinnatifidus）和秀丽假人参（P. pseudoginseng var. elegantior）（中国科学院中国植物志编委会，1978）。这3种人参属药用植物的根状茎外形特征极为相似，均为串珠状，同时三者均可作为珠子参商品出售。珠子参和羽叶三七被 2020 版《中华人民共和国药典》收录为中药材“珠子参”的基源植物进行药用，由于秀丽假人参在形态学和分布上与珠子参、羽叶三七具有相似性，在当地对这3种药用植物常出现混淆以及误用的情况。因此，亟需开展一定的研究工作来说明秀丽假人参能否作为珠子参的替代品或扩大来源。随着人参属叶绿体基因组数量的增加，同属其他物种的叶绿体基因组越来越容易组装，为这3种人参属药用植物叶绿体基因组的组装提供了条件。
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叶绿体是植物细胞中普遍存在的一种质体，也是植物进行光合作用的场所。叶绿体作为绿色植物所特有的细胞器，本身拥有着一套比较完整的遗传体系，即叶绿体基因组（cpDNA），能够独立指导叶绿体在植物体内进行复制等工作（Camiolo et al.，2015）。植物物种之间的叶绿体基因组变异现象，在研究植物群体遗传关系和物种鉴定方面均起着重要作用。近年来，测序技术的不断更新和生物信息学工具的快速发展对叶绿体基因组学的研究起到了重要的推动作用。刘潮等（2022）提出，叶绿体基因组研究可为人参属物种鉴定、起源、进化、遗传多样性分析和资源保护与利用提供基础。
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当前，关于药用植物珠子参的叶绿体基因组已有研究（孙嘉苓，2021），但对于秦巴山区3种人参属药用植物的叶绿体基因组特征比对和系统进化关系等尚不明确。本研究通过高通量测序技术（Wang et al.，2018），对秦巴山区3种人参属药用植物进行分析，探讨珠子参、羽叶三七和秀丽假人参的叶绿体基因组特征、密码子偏好性以及亲缘关系，以期为珠子参中药材资源的合理开发利用和3种药用植物的分子鉴别工作提供科学依据。
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1 材料与方法
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1.1 材料
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珠子参、羽叶三七和秀丽假人参3种药用植物的新鲜健康叶片均采自陕西省宝鸡市眉县红河谷（107° 47′ 29.3928″ E、34° 0′ 54.2844″ N，海拔2 276.65 m）。叶片经纯水清洗擦干后，用锡纸包裹且进行液氮速冻，之后于-80℃冰箱中保存。凭证标本存放在陕西中医药大学，凭证标本编号为202020203、202020204、202020205。
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1.2 基因组DNA提取和测序
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采用植物DNA 提取试剂盒[天根生化科技（北京）有限公司]提取总 DNA，使用琼脂糖凝胶电泳和 Qubit3.0 检测 DNA 的质量。对检测合格的总 DNA使用 NovSeq6000 Illumina 高通量测序平台进行序列测定。通过 CLC Genomics Workbench 22.0 软件过滤原始数据（raw data），得到待组装序列（clean data）。
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1.3 叶绿体基因组组装和注释
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以近缘物种竹节参（GenBank ID：KP036469.1）的叶绿体基因组序列作为参考，使用 Get Organelle（v1.6.4）软件对获得的 Clean data 进行组装，采用 CPGAVAS2 注释叶绿体基因组。注释完成后，通过 BankIt 向 NCBI 提交 3 组序列，使用在线细胞器基因组绘图软件Chloroplot（https://irscope.shinyapps.io/Chloroplot/）绘制3种人参属药用植物叶绿体基因组物理图谱。
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1.4 重复序列分析
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利用 MISA 在线软件（https://webblast.ipk-gatersleben.de/misa/）对 3 组数据进行 SSR位点分析，设置单核苷酸至六核苷酸的最少重复性数目分别为 10、5、4、3、3、3，两个 SSR 之间的距离≥100 bp。
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1.5 叶绿体基因组的比较分析
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使用mVISTA 在线工具（https://genome.lbl.gov/vista/mvista/submit.shtml）比较人参属 6 个物种的叶绿体基因组序列，输入文件为原始 fasta 格式的核苷酸序列文件和注释文件。
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1.6 密码子偏好性和最优密码子的分析
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在序列长度≥300 bp 且剔除重复基因的基础上，筛选珠子参、羽叶三七和秀丽假人参各自的编码蛋白，3种药用植物分别获得 53 条满足条件的 CDS 序列。使用 Codon W 软件（https://sourceforge.net/projects/codonw/）和 CUSP 在线软件（https://www.bioinformatics.nl/cgi-bin/emboss/cusp）分析上述序列，得到密码子不同位置及总 GC 含量，同义密码子第 3 位 GC 含量（GC3s）、有效密码子数（effective number of condons，ENC）及相对同义密码子使用度（relative synonymous codon usage，RSCU）。同时，以 ENC 数值为基准，高表达基因的 ENC 值较低，低表达基因的 ENC 值较高，将人参属3种药用植物的密码子按照由大到小的顺序进行排列，从高低两端各取 10%的基因分别建立高、低表达基因库，并计算两个基因库每个密码子的差值 △RSCU，将同时符合高频即 RSCU＞1与高表达即 △RSCU≥0.08的密码子作为最优密码子（Yu et al.，2023）。
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1.7 密码子偏好性的影响因素分析
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1.7.1 中性绘图
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以GC3值为X轴、GC12值（GC1与GC2平均值）为Y轴作图。图中回归曲线系数趋近 1 时，密码子偏好性主要受到碱基突变压力的影响，反之主要受到自然选择的影响（毛立彦等，2022）
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1.7.2 ENC 分析
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使用R 语言绘制以GC3s 含量为X轴、ENC实测值为Y轴的二维散点图，同时添加表征ENC期望值发展趋势的标准曲线。其中，ENC期望值=2+GC3s+29/[GC3s2+（1-GC3s）2]，ENC比值=（ENC期望值-ENC实测值）/ENC期望值（Zhang et al.，2022），ENC比值代表基因和标准曲线之间的距离，值越小表示该基因受自然选择的影响也越小。
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1.7.3 PR2-plot 分析
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统计密码子第 3 位上各碱基含量，以A3/（A3+T3）值为纵坐标、G3/（G3+C3）值为横坐标绘制散点图。若各编码基因在 4 个区域内均匀分布，则第 3 位嘌呤（A、G）和嘧啶（C、T）的使用频率相等，密码子偏好性主要受突变影响（王飞等，2022）。
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1.8 系统发育分析
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从NCBI 下载 16 个五加科植物的叶绿体全基因组序列，与上述组装所得的珠子参（GenBank ID：OL543604.1）、羽叶三七（GenBank ID：OL543605.1）和秀丽假人参（GenBank ID：OL543606.1）共计 19 个物种，使用 MEGA 11 软件进行多重序列比对。基于邻接法（neighbor-joining method，NJ）和双参数模型（two-parameter model）构建系统发育树。通过 Bootstrap 法检验各分支的支持率，重复 1 000 次。
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2 结果与分析
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2.1 秦巴山区3种人参属药用植物的叶绿体基因组结构与特征
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珠子参、羽叶三七和秀丽假人参的叶绿体基因组均为双链环状分子，典型的四分体结构。叶绿体基因组大小为 156 071~156 104 bp，包括一对反向重复区（25 989~25 994 bp，inverted repeats，IRs）、一个大单拷贝区（86 097~86 114 bp，large single-copy，LSC）和一个小单拷贝区（17 986~18 012 bp，small single-copy，SSC）（图1）。基因组的 GC 含量是判断物种亲缘关系的重要指标，3种人参属药用植物叶绿体基因组的 GC 含量均为 38.10%，IRs区、LSC区和SSC区的 GC 含量相同（表1）。可见，三者的叶绿体基因组大小虽存在一定差异，但差异不明显。
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图1 人参属3种药用植物的叶绿体基因组图谱
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Fig.1 Chloroplast genome map of three medicinal plants of Panax
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叶绿体基因组注释结果（表2）表明，3种药用植物的基因编码总数均为 133 个，包含 88 个蛋白质编码基因（CDS）、37 个 tRNA 基因和 8 个 rRNA 基因。其中，7个 tRNA 基因（trnL-CAA、trnV-GAC、trnI-GAU、trnA-UGC、trnR-ACG、trnN-GUU、trnI-CAU）和 4 个 rRNA 基因（rrn23S、rrn4.5S、rrn16S、rrn5S）以及 8 个 CDS 基因（rpl2、rpl23、rps12、rps7、ndhB、ycf1、ycf15、ycf2）在 IRs 区出现 1 次重复。此外，trnK-UUU、trnG-UCC、trnL-UAA、trnV-UAC、trnI-GAU、trnA-UGC、trnI-GAU、rpl16、rpl2、rps16、rpoC1、atpF、ndhA、ndhB、petB、petD基因各含有 1 个内含子，rps12、ycf3、clpP基因各含有 2 个内含子。
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2.2 简单重复序列（SSR）分析
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在珠子参、羽叶三七和秀丽假人参叶绿体基因组中各检测到 40个、38个和38个SSR（图2）。三者的单核苷酸重复基元分别是 22个、17个和17个；四核苷酸重复基元数目居中，均为 8 个；二核苷酸重复基元分别是4个、8个和8个；三核苷酸和五核苷酸重复基元均为 3 个、2 个和 2 个；在珠子参中六核苷酸重复基元未检测到，但在羽叶三七和秀丽假人参中分别检测到 1 个。在3种药用植物中检测到的 SSR 大部分以 A/T、AT/AT、AAT/ATT、AAAT/ATTT、AATT/AATT、AAAAT/ATTTT 为重复单元，各自的占比分别为62.50%、76.32%、76.32%，表明3种药用植物中的叶绿体 SSR 偏好使用 A/T 碱基。另发现仅珠子参中含有 C/G 类型和 AAAAT/ATTTT 类型的 SSR 位点，与其他两个物种明显不同。
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2.3 叶绿体基因组的比较分析
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以珠子参叶绿体基因组为参考序列得到全序列比对结果（图3）。由图3可知，人参属 6 个物种具有高度的相似性，分化程度较低，其中非编码区的序列差异明显大于编码区，IR 区相比于 SC 区更保守，说明人参属内的保守性、稳定性较高。6 个物种存在较大序列差异的区域为trnH-GUG-trnR-UCU、rpoC1-trnT-GGU、ndhF-trnL-UAG、rps12、rpl22和 ycf1。同时与珠子参相比，秀丽假人参与羽叶三七的序列相似度更高。
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2.4 密码子偏好性分析
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2.4.1 3种人参属药用植物密码子基本特征
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3种人参属药用植物密码子不同位置的 GC 含量存在差异，均呈现出 GC1＞GC2＞GC3 的趋势（表3），GC3 含量分别为 30.59%、29.77% 和 29.77%，表明密码子第 3 位偏好于 A 或者 U结尾。有效密码子数（ENC）的取值范围为 20~61，该值越接近 20，说明密码子偏性越强。3种药用植物的 ENC 值分别为 49.30、47.89 和 49.23，均明显＞45，表明三者的叶绿体密码子使用偏好性较弱。
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2.4.2 最优密码子的确认
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3种人参属药用植物共有 59 个同义密码子（表4），其中 RSCU＞1 的高频密码子分别为 29个、28个和28个，并且大多以A/U结尾。3种药用植物中ΔRSCU≥0.08 的高表达优越密码子数分别为 23、23 和 24（表5）。基于以上数据得到3种药用植物的最优密码子，并做交集处理，得到3种人参属药用植物共有 13 个最优密码子：GAA、GUA、UGU、AAA、AUU、CAA、CCU、UUA、GUU、UCU、ACU、GCU、CGU，其中 5 个以 A 结尾，其余均以 U 结尾。
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2.5 密码子偏好性的影响因素分析
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2.5.1 中性绘图分析
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3 种人参属药用植物的基因大范围地分布在对角线的上方（图4），以 GC12 和 GC3拟合的回归曲线斜率为 0.011 1~0.037 9，R2＞0，表明3种人参属药用植物的叶绿体基因组密码子第1、第2位碱基突变模式不同于第 3 位，密码子使用偏好性受到自然选择的影响要远大于碱基突变。
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2.5.2 ENC 绘图分析
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3 种人参属药用植物的叶绿体基因组所包含的各个基因分布范围趋于标准曲线的下方，仅有少数在标准曲线上（图5），表明自然选择是影响3种药用植物密码子偏好性的主要因素。
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2.5.3 PR2-plot 绘图分析
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3 种人参属药用植物叶绿体基因的分布并不均匀，基因多集中出现在右下方区域（图6）。3种药用植物在使用碱基的频率方面，G＞C，T＞A，密码子第 3 位的嘧啶使用频率高于嘌呤，反映出3种药用植物的密码子偏好性同时受到突变和选择压力的影响。
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2.6 系统发育分析
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为了明确秦巴山区3种人参属植物之间的亲缘关系，选取 19 种五加科植物的叶绿体基因组序缘关系，选取 19 种五加科植物的叶绿体基因组序列进行系统发育关系分析，结果如图7（节点上的数字表示各分支的支持率，支持率为 100%的不显示）所示，人参属、刺通草属、常春藤属、南鹅掌柴属、通脱木属的植物聚为一大类，五加属植物被聚为另一大类，常春藤属的尼泊尔常春藤（Hedera nepalensis）被单独归为一类。其中，人参属与其他属之间呈现出较为明确的发育关系； 同时观察秀丽假人参与珠子参、羽叶三七的相对位置可以得到，秀丽假人参与羽叶三七亲缘关系最近，其次是珠子参、人参。
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注：* 表示一个内含子；** 表示两个内含子。
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Note: * indicates one intron; ** indicates two introns.
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图2 3种人参属药用植物的核苷酸类型
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Fig.2 Nucleotide types of three medicinal plants of Panax
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图3 人参属叶绿体基因组的比较分析
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Fig.3 Comparative analysis of chloroplast genomes of Panax
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续表4
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注：下划线表示偏好密码子。
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Note: Underline indicates preferred codons.
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3 讨论与结论
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本研究对秦巴山区3种人参属药用植物叶绿体基因组进行了测序和全序列比对分析。珠子参、羽叶三七和秀丽假人参叶绿体基因组序列全长156 071~156 104 bp，大小差异呈现为SSC区（26 bp）＞LSC区（17 bp）＞IRs区（5 bp），其中SSC区的差异最大，与岳杰（2021）的研究结果一致。3种药用植物叶绿体基因组总 GC 含量均为 38.10%，同时IR 区与 SC 区相比GC 含量最高且较稳定，结构高度保守，与大多数被子植物相似（Zhang et al.，2012）。物种之间亲缘关系越近，表明密码子使用偏好性越类似（Sahoo et al.，2019）。3种人参属药用植物叶绿体基因组的密码子偏好以 A/U 结尾且主要受到自然选择的影响，这与其他人参属物种密码子偏好性一致（石岩硕和赵永星，2022）。这表明生活在相似环境中的同属物种在进化过程中可能会共享类似的密码子使用偏好，以适应共同的生存压力。
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注： *表示0.08≤ΔRSCU＜0.3； **表示0.3≤ΔRSCU＜0.8；***表示ΔRSCU≥0.8。
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Note: * indicates 0.08≤ΔRSCU＜0.3； ** indicates 0.3≤ΔRSCU＜0.8；*** indicates ΔRSCU≥0.8.
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植物叶绿体基因组序列中的突变“热点”区域可为物种鉴定提供足够的遗传信息（Li et al.，2018）；根据 mVISTA 分析得到的 6 个突变基因片段与植物通用 DNA 条形码（rbcL、matK 和 ITS 等）（Antil et al.，2023）相比表现出更高的变异性，这些片段可用于人参属物种鉴定和系统发育研究。SSR是一种广泛用于检测植物物种在特定位点和全基因组水平上遗传多态性的工具（Taheri et al.，2018；Ping et al.，2021）。本研究中，羽叶三七和秀丽假人参具有相同数量及类型的核苷酸，表明二者之间更近的进化关系。3种药用植物的核苷酸类型均以单核苷酸重复居多，其次为四核苷酸，并且碱基偏好使用 A/T，这与人参属的三七、西洋参等相类似（卢志宏等，2022）。Niu等（2017）研究表明，A/T 碱基在突变过程中消耗的能量比 G/C 少，这种优势导致了人参属3种药用植物 SSR 和密码子中 A/T 碱基偏好性的结果。本研究同时发现，珠子参的 SSR 位点类型与羽叶三七和秀丽假人参相比多出2种，结合3种人参属药用植物叶绿体基因组结构大小、基因组成及密码子 GC3 含量得到，羽叶三七和秀丽假人参始终保持一致，并与珠子参区别开来。因此，可以从分子水平上开发与其他两物种相区分的珠子参专用分子标记。
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图4 3种人参属药用植物的密码子中性绘图分析
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Fig.4 Codon neutral mapping analysis of three medicinal plants of Panax
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图5 3种人参属药用植物的ENC绘图分析
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Fig.5 ENC mapping analysis of three medicinal plants of Panax
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图6 3种人参属药用植物的PR2-plot 绘图分析
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Fig.6 PR2-plot mapping analysis of three medicinal plants of Panax
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图7 基于叶绿体基因组构建五加科 19 种植物的 NJ 系统发育树
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Fig.7 Construction of NJ phylogenetic tree of 19 Araliaceae species based on chloroplast genome
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通过系统发育分析，可以更好地了解生物体的进化史。《中国植物志》依据3种药用植物地上部分的形态特征，将其归类为假人参（Panax pseudoginseng）的 3 个变种沿用至今（中国科学院中国植物志编委会，1978）。根据Flora of China的分类，秀丽假人参与羽叶三七同为疙瘩七（Panax bipinnatifidus）的变种，但该分类依据未见报道。从NJ建树所得的结果来看，秀丽假人参和羽叶三七聚在一支同珠子参互为姊妹群，表明秀丽假人参和羽叶三七之间较近的亲缘关系，该结果可为Flora of China中的分类提供一定科学依据。因此，叶绿体基因组用于阐明人参属物种的系统发育关系是非常有效的，但秀丽假人参能否作为药典规定珠子参基源植物的参考来源还需结合有效成分含量、临床应用效果等多方面指标综合考量。本研究利用生物信息学技术分析了秦巴山区3种人参属药用植物的叶绿体基因组特征，得到秀丽假人参与珠子参基源植物之间存在近亲关系。因此，有可能在其中发现与珠子参相似或相同的药用成分。这为寻找新的药用植物资源、研发新药以及合理利用珠子参等中药材资源提供了理论基础。
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参考文献
-
ANTIL S, ABRAHAM JS, SRIPOORNA S, et al. , 2023. DNA barcoding, an effective tool for species identification: a review [J]. Mol Biol Rep, 50(1): 761-775.
-
CAMIOLO S, MELITO S, PORCEDDU A, 2015. New insights into the interplay between codon bias determinants in plants [J]. DNA Res, 22: 461-470.
-
Editorial Board of Flora of China, Chinese Academy of Sciences, 2013. Flora Reipublicae Popularis Sinicae: Vol. 13 [M]. Beijing: Science Press: 489-491. [中国科学院中国植物志编委会, 2013. 中国植物志: 第13卷 [M]. 北京: 科学出版社: 489-491. ]
-
Editorial Board of Flora of China, Chinese Academy of Sciences, 1978. Flora Reipublicae Popularis Sinicae: Vol. 54 [M]. Beijing: Science Press: 179-181. [中国科学院中国植物志编委会, 1978. 中国植物志: 第54卷 [M]. 北京: 科学出版社: 179-181. ]
-
LI W, LIU Y, YANG Y, et al. , 2018. Interspecific chloroplast genome sequence diversity and genomic resources in Diospyros [J]. BMC Plant Biol, 18(1): 210.
-
LIU C, LI M, REN YY, et al. , 2022. Characteristics and evolution of Panax chloroplast genomes [J]. Fujian J Agric Sci, 37(7): 886-896. [刘潮, 李敏, 任怡园, 等, 2022. 人参属植物叶绿体基因组特征及其进化的研究 [J]. 福建农业学报, 37(7): 886-896. ]
-
LU ZH, TIAN WY, YANG CD, 2022. Chloroplast genome characteristics and codon usage bias analysis of Panax Linn [J/OL]. Mol Plant Breed: 1-24 [2023-11-23]. http: //kns. cnki. net/kcms/detail/46. 1068. S. 20220720. 1016. 002. html. [卢志宏, 田文勇, 杨传东, 2022. 人参属植物叶绿体基因组特征和密码子偏好性分析 [J/OL]. 分子植物育种: 1-24 [2023-11-23]. http: //kns. cnki. net/kcms/detail/46. 1068. S. 20220720. 1016. 002. html. ]
-
MAO LY, HUANG QW, LONG LY, et al. , 2022. Comparative analysis of codon usage bias in chloroplast genomes of seven Nymphaea species [J]. J NW For Univ, 37(2): 98-107. [毛立彦, 黄秋伟, 龙凌云, 等, 2022. 7种睡莲属植物叶绿体基因组密码子偏好性分析 [J]. 西北林学院学报, 37(2): 98-107. ]
-
NIU ZT, XUE QY, WANG H, et al. , 2017. Mutational biases and GC-biased gene conversion affect GC content in the plastomes of Dendrobium genus [J]. Int J Mol Sci, 18(11): 2307.
-
PING J, FENG P, LI J, et al. , 2021. Molecular evolution and SSRs analysis based on the chloroplast genome of Callitropsis funebris [J]. Ecol Evol, 11(9): 4786-4802.
-
SAHOO S, DASS S, RAKSHIT R, 2019. Codon usage pattern and predicted gene expression in Arabidopsis thaliana [J]. Gene, 721: 100012.
-
SHI YS, ZHAO YX, 2022. Codon preference analysis of chloroplast genome of Panax L [J]. Mol Plant Breed, 20(19): 6350-6361. [石岩硕, 赵永星, 2022. 人参属植物叶绿体基因组密码子偏好性分析 [J]. 分子植物育种, 20(19): 6350-6361. ]
-
SUN JL, 2021. Comparative genomics study of Panax japonicus var. major, a medicinal plant of the genus Ginseng [D]. Kunming: Kunming University of Science and Technology. [孙嘉苓, 2021. 人参属药用植物珠子参的比较基因组研究 [D]. 昆明: 昆明理工大学. ]
-
TAHERI S, LEE ABDULLAH T, YUSOP MR, et al. , 2018. Mining and development of novel SSR markers using next generation sequencing (NGS) data in plants [J]. Molecules, 23(2): 399.
-
WANG A, WU H, ZHU X, et al. , 2018. Species identification of Conyza bonariensis assisted by chloroplast genome sequencing [J]. Front Genet, 11(9): 374.
-
WANG F, ZHAO WZ, DONG ZH, et al. , 2022. Analysis of chloroplast genome characteristics of Prinsepia [J]. Chin J Trop Crops, 43(9): 1759-1770. [王飞, 赵文植, 董章宏, 等, 2022. 扁核木属植物叶绿体基因组特征分析 [J]. 热带作物学报, 43(9): 1759-1770. ]
-
YU X, SONG YR, ZHAO ZN, 2023. The complete chloroplast genome of Elsholtzia fruticosa (D. Don) Rehd. (Labiatae), an ornamental plant with high medicinal value [J]. Mitochondrial DNA Part B, 8(3): 336-341.
-
YUE J, 2021. Structural and phylogenetic analyses of the complete chloroplast genomes of four species within the genus panax Linn [D]. Hanzhong: Shaanxi University of Technology. [岳杰, 2021. 四种人参属植物叶绿体全基因组结构及其系统发育分析 [D]. 汉中: 陕西理工大学. ]
-
ZHANG Y, SHEN Z, MENG X, et al. , 2022. Codon usage patterns across seven Rosales species [J]. BMC Plant Biol, 22(1): 65.
-
ZHANG T, FANG Y, WANG X, et al. , 2012. The complete chloroplast and mitochondrial genome sequences of Boea hygrometrica: insights into the evolution of plant organellar genomes. [J]. PLoS ONE, 7(1): e30531.
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摘要
为明确珠子参、羽叶三七和秀丽假人参3种药用植物叶绿体基因组特征与系统发育关系，该文以秦巴山区3种人参属药用植物为研究对象，运用生物信息学技术，分析其叶绿体基因组特征及密码子使用偏好性，并探讨三者之间的亲缘关系。结果表明：（1）3种人参属药用植物的叶绿体基因组为典型的四分体结构，序列全长为 156071~156104 bp，总 GC 含量为 38.10%，基因组大小相似度较高。（2）均注释到 133 个基因，包括 88 个蛋白编码基因、37 个tRNA基因和 8 个 rRNA 基因。（3）3种人参属药用植物叶绿体密码子使用偏好性相似，密码子第 3 位碱基以 A/U 结尾为主，密码子使用模式在受到突变影响的同时，主要受到自然选择的影响。（4）系统发育结果显示，3种人参属药用植物的亲缘关系较近，并且秀丽假人参同羽叶三七亲缘关系更近。综上认为，秀丽假人参与珠子参基源植物之间存在近缘关系，这项发现对于珠子参中药材的资源开发利用和分子鉴定，以及进一步研究人参属物种的分类、系统发育和进化机制提供了重要依据。
Abstract
In order to clarify the phylogenetic relationship between the chloroplast genome characteristics of three medicinal plants, Panax japonicus var. major, P. japonicus var. bipinnatifidus, P. pseudoginseng var. elegantior in Qinba Mountains, we analysed the chloroplast genome characteristics and codon usage preferences by using bioinformatics techniques. The results were as follows: (1) The chloroplast genomes of three species of Panax were typical tetrad structure, the genome full size was between 156071 to 156104 bp, and the total GC-content was 38.10% with a high degree of genome size similarity. (2) A total of 133 coding genes were annotated, including 88 protein coding genes (PCGs), 37 tRNA genes, and 8 rRNA genes with a high degree of genome size similarity. (3) The chloroplast codon usage preferences of the three medicinal plants were comparable, with the third base of codon predominantly ending in A/U. Despite being affected by mutations, the codon usage patterns of the three medicinal plants were found to be mainly influenced by natural selection. (4) The phylogenetic results showed that the three Panax species were closely related, and P. pseudoginseng var. elegantior was more closely related to P. japonicus var. bipinnatifidus. In conclusion, this study presents a significant relationship between P. pseudoginseng var. elegantior and the original pharmacopeial plants of P. japonicus var. major. This finding has great importance for the development, utilization, and molecular identification of traditional Chinese medicinal material resources from P. japonicus var. major, and provides an important basis for further studies on the classification, phylogeny and evolutionary mechanisms of Panax species.
