濒危紫皮石斛叶绿体基因组结构及系统发育分析

目的 解析紫皮石斛Dendrobium devonianum叶绿体基因组特征，并探讨石斛属系统发育关系。方法 采用Illumina技术对紫皮石斛进行测序，对其叶绿体基因组进行组装、注释和分析，并基于共有编码基因序列构建系统发育树。结果 紫皮石斛叶绿体基因大小为146 493 bp，总GC含量为37.4%；其大单拷贝区、小单拷贝区长度分别为84 932、13 036 bp，反向互补重复区为24 263 bp；共编码118个基因，包括72个蛋白质编码基因，38个tRNA基因和8个rRNA基因。密码子偏好分析表明，亮氨酸是紫皮石斛叶绿体基因组中使用频次最高的氨基酸。系统发育分析表明，紫皮石斛未形成单系，与兜唇石斛D.aphyllum构成姊妹关系；瘦轴组的重唇石斛D.hercoglossum和钩状石斛D.aduncum与石斛组其他物种聚为一支。结论 紫皮石斛叶绿体基因组呈典型四分体结构，其与兜唇石斛亲缘关系最近；瘦轴组的重唇石斛和钩状石斛与石斛组亲缘关系更近，并入石斛组更合理。     

红花变豆菜叶绿体基因组组装与序列特征分析研究

目的 以红花变豆菜Sanicula rubriflora新鲜叶片为试验材料,通过高通量测序手段,对其叶绿体基因组进行组装和序列特征分析,为进一步开展变豆菜属植物的进化和遗传发育提供指导方法。方法 实验流程按照Illumina公司提供的标准操作流程执行,包括样品质量检测、文库构建、文库质量检测和文库测序等流程,使用已报道的变豆菜Sanicula chinensis的叶绿体基因组作为参考序列,得到红花变豆菜完整的叶绿体基因组序列并对其进行组装、特征序列分析和进化分析。结果 红花变豆菜叶绿体基因组具有典型的环状四分体结构,长度155700bp,包括1个大的单拷贝区(large single copy,LSC,85979bp),1个小的单拷贝区(small single copy,SSC,17053bp),1对相反的序列(inverted repeats sequence,IR,26333bp);共注释到130个基因,其中蛋白编码的基因86个,tRNA基因36个,rRNA基因8个,AT含量占叶绿体基因组的61.83%;共检测到1个正向长重复序列(forward repeat sequence),3个回文长重复序列(palindromic repeat sequence);此外,还检测到了168个简单重复序列(simple sequence repeats,SSR)位点;与蛋白编码基因对应的密码子偏好使用A/T碱基,编码异亮氨酸的密码子(I)使用次数最高,编码半胱氨酸的密码子(C)使用次数最低;最后与7种已报道的伞形科植物叶绿体基因组和2个外类群物种通过最大似然法(maximum likelihood,ML)构建系统发育树,发现红花变豆菜与变豆菜和直刺变豆菜亲缘关系最为密切。结论 红花变豆菜的叶绿体基因组数据为伞形科植物研究提供了更为详细完善的资料,为该物种叶绿体基因工程和系统进化分析提供参考依据。     

桔梗叶绿体比较基因组学分析及系统发育研究

目的 以桔梗Platycodon grandiflorus为材料,分析其叶绿体基因组特征,探究不同地区桔梗叶绿体基因组的差异及桔梗科其他物种的系统发育关系。方法 利用Illumina NovaSeq测序平台对桔梗叶绿体全基因组进行测序,完成其组装、注释和特征分析,采用生物信息学方法对不同地区桔梗进行比较基因组分析和系统发育分析。结果 桔梗叶绿体基因组全长172 770 bp,呈现典型的环状四分体结构,总GC含量为38.10%,注释到139个基因,其中蛋白质编码基因95个,核糖体RNA 8个和转运RNA 36个。经序列分析鉴定出139个SSR位点,大部分重复由A和T组成。该叶绿体基因组密码子偏好性A/U大于G/C。边界分析表明,不同地区桔梗的JLA边界区域存在差异。对比不同地区桔梗叶绿体基因组序列发现21个变异区间,包括ycf1、psbC、rps18和rpoB等编码区以及rpl32-trnL、trnS-psbZ和trnN-ycf1等非编码区。基于最大似然法（maximum likelihood method,ML）对桔梗及其他17种桔梗科植物进行系统发育分析,发现桔梗科物种形成一个单系群,各属物种聚为一束,支持率达100%。结论 桔梗科物种聚为一支与传统相符合,不同地区桔梗叶绿体基因组序列存在显著差异,为后期开展分子鉴定及群体遗传学研究提供提供科学依据。     

菝葜叶绿体基因组的组装分析与分子标记研究＊

目的 采用高通量测序数据和新组装手段对药用植物菝葜的叶绿体基因组进行精细组装，并以此为基础厘清其分类地位，开发分子鉴定标记。方法 利用两种测序手段重新测定并精细组装菝葜叶绿体基因组；重建菝葜近缘物种在时间尺度下的系统发育关系；分析菝葜叶绿体基因组一级结构并检测编码区选择压力；筛选并验证具备种群特异性的SSR引物。结果 混合组装结果显示菝葜叶绿体基因组全长157959 bp，内含编码基因86个。菝葜族与油点草族和百合族互为姐妹群；其内部约26.5Mya开始出现分化。在accD、rbcL及rpl20基因中存正选择信号。247个SSR位点中的3个具备作为菝葜分子鉴定标记的潜力。结论 利用短读长和长读长共同组装菝葜叶绿体基因组的结果更佳。已探明的3个SSR位点能为筛选分子标记提供数据支撑。     

基于流式细胞术和K-mer分析的苦豆子基因组大小估测

目的 采用流式细胞术与K-mer分析方法对苦豆子基因组大小及杂合率进行估测,为其全基因组测序提供参考。方法 以大豆为内标,通过流式细胞仪检测大豆与苦豆子细胞DNA含量的倍数关系,计算苦豆子的基因组大小。采用二代测序技术进行苦豆子基因组调查测序,使用K-mer分析估测苦豆子基因组大小与杂合率。结果 采用流式细胞术测得苦豆子基因组大小约为1 749 Mb。K-mer分析结果表明,苦豆子基因组大小约为1 648 Mb,基因组杂合率为1.12%,杂合率较高。结论 苦豆子基因组大小约为1.7 Gb,杂合率较高,后续研究可采用三代PacBio进行80~100 X深度的测序开展全基因组测序研究。     

洋金花与木本曼陀罗叶绿体基因组特征与系统进化分析

目的 以洋金花Datura metel和木本曼陀罗Brugmansia arborea为材料,分析其叶绿体基因组结构和特征,基于叶绿体组数据探讨洋金花和木本曼陀罗及茄科其他物种的系统发育关系。方法 利用华大MGISEQ-2000PE150测序平台,双末端测序策略对基因组DNA建库测序,用NOVOPlasty组装叶绿体基因组,采用最大似然法(maximum likelihood,ML)构建系统进化树。结果 洋金花和木本曼陀罗的叶绿体基因组全长为155934bp和155939bp,分别包含131和130个基因,GC值32.3%,具有典型的四分区域结构,包括1个大单拷贝区(large single copy,LSC)、1对反向重复区(inverted repeats,IR)和1个小单拷贝区(small single copy,SSC),各区域序列长度分别为86354、86278、25609、25720、18362、18221bp。系统发育分析表明,洋金花与曼陀罗属的曼陀罗构成1单系分支,具有100%支持率,而木本曼陀罗属与曼陀罗属构成单系分支,具有100%支持率。结论 结果支持洋金花隶属于曼陀罗属,与曼陀罗亲缘关系较近,木本的木曼陀罗属从曼陀罗属分出,独立为一个属。洋金花和木本曼陀罗叶绿体基因组信息为后期分子鉴定和群体遗传研究奠定基础。     

红花不同花色变异类型叶绿体基因组特征与系统进化分析

目的 以红花Carthamus tinctorius不同花色变异类型为材料,比较分析其叶绿体基因组结构及其与近缘类群的系统发育关系,为中药材红花种质资源鉴定和群体遗传学研究奠定基础。方法 利用华大MGISEQ-2000PE150测序平台,双末端测序策略对红花不同花色类型全基因组DNA建库测序,用NOVOPlasty组装叶绿体基因组,采用最大似然法(maximum Likelihood,ML)构建系统进化树。结果 红花3种花色变异类型叶绿体基因组全长均为153 114 bp,完全一致,GC值均为37.8%,具1个典型的四分区域结构,包括1个大单拷贝区(large single copy region,LSC)、1对反向重复区(inverted repeats,IR)和1个短单拷贝区(small single copy,SSC),4个区序列长度分别为84 128、25 194、18 598 bp。红花的叶绿体基因组均有130个基因,其中编码蛋白基因、rRNA基因与tRNA基因的数量均为84、8、38个。系统进化分析表明,红花3种花色变异类型聚在一支,与菜蓟族的铺散矢车菊构成一单系分支,具有100%支持率。结论 叶绿体基因组数据支持红花3种花色变异类型来源为同一种,药用植物红花(所在红花属)隶属于菊科菜蓟族的矢车菊亚族。     

基于板蓝根及其混伪品叶绿体基因组的mini-barcode开发及其定性能力的研究

[目的] 基于板蓝根及其混伪品的叶绿体基因组序列开发mini-barcode并验证其鉴定能力,为板蓝根的质量控制和科学评价提供方法。[方法] 从GenBank数据库中下载板蓝根及其混伪品所有已发表的叶绿体基因组序列,导入PhyloSuite v1.2.1软件提取其共有蛋白编码基因并分别对齐,后续使用DnaSP 6软件进行核苷酸多态性分析以筛选出候选DNA mini-barcode区域。通过Geneious软件多序列比对,筛选高变区用于mini-barcode开发。针对候选条形码区域设计引物。采用试剂盒法提取板蓝根药材总DNA分别利用通用ITS2引物和该实验设计引物进行聚合酶链式反应（PCR）和测序。[结果] 基于叶绿体基因组的核苷酸多态性分析结果,选择accD基因作为候选mini-barcode开发区域并设计了扩增引物。通过遗传距离和测序数据分析,该分子标记能被成功扩增并实现鉴定。[结论] 开发了用于鉴定板蓝根及其混伪品的mini-barcode,为实现DNA降解的板蓝根药材及含板蓝根的中药制剂等混合样本的真伪鉴别奠定基础。     

密花香薷叶绿体基因组结构及系统进化分析

目的 基于高通量测序获得药用资源植物密花香薷Elsholtzia densa叶绿体基因组序列,分析了叶绿体基因组结构及特征,为研究密花香薷资源分类及系统进化奠定了基础。方法 以密花香薷叶片为材料,利用改良的CTAB法提取DNA;采用二代测序技术Illumina NovaSeq平台对叶绿体基因组进行测序;以广藿香叶绿体基因组为参考序列,进行序列组装和矫正,得到完整叶绿体基因组序列;利用生物信息学方法分析密花香薷叶绿体基因组特征并进行系统发育分析。结果 获得密花香薷完整叶绿体基因组序列全长149095bp,GC含量37.92%,注释到130个基因,其中包括85个蛋白质编码基因,8个rRNA基因和37个tRNA基因;密花香薷叶绿体基因组中共检测到28个散在重复序列,串联重复序列共检测到191个,单核苷酸重复序列最多,共114个;系统发育结果表明,密花香薷和其他唇形科植物聚合在一起形成一个分支结构,紫苏属植物和香薷属植物亲缘关系较近。结论 建立了适于香薷属植物叶绿体基因组测序及其特征分析的方法,丰富了唇形科植物遗传资源,为密花香薷分子标记开发及唇形科属种间系统发育分析研究提供了理论基础。     

细辛叶绿体基因组结构特征与系统进化分析

目的 以细辛药材为材料，采用高通量测序和生物信息学技术组装完整的叶绿体基因组序列，明确其结构特征、系统发育位置。方法 基于Illumina测序平台对细辛叶绿体基因组序列进行结构特征分析；同时，采用最大似然法（maximum likelihood,ML）构建马兜铃科的系统发育关系。结果 华细辛和辽细辛叶绿体基因组全长为160 521～160 555 bp，表现出典型的四分体结构，且两者叶绿体基因组GC含量均为38.5%。细辛叶绿体基因组包含128个基因，其中85个蛋白质编码基因，34个t RNA基因，8个r RNA基因。此外，系统发育分析结果显示，基于完整的叶绿体基因组和蛋白编码数据集构建的拓扑树一致，细辛属物种和马蹄香属物种形成一个支持率的单系分支。结论 细辛叶绿体基因组测序、组装、结构特征分析，发现其大小介于Asarum bracteolata和A. sieboldii var. seoulense之间，IR区存在rpl16、rps19、ycf1、rpl23等基因扩张，研究结果丰富了细辛属植物遗传资源，为该属物种分子鉴定、系统发育以及野生资源保护与开发利用等研究提供理论基础。     

基于高通量测序的菜头肾叶绿体基因组的组装及序列分析

目的以药用植物菜头肾Championella sarcorrhiza为材料,对其叶绿体基因组进行组装和序列分析,为进一步开展菜头肾遗传与鉴定学研究奠定基础。方法采用高通量测序技术首次对菜头肾叶绿体基因组进行测序,以板蓝叶绿体基因组为参考,进行特征分析和聚类关系研究。结果生物信息学分析表明,菜头肾叶绿体基因组总长为144 713 bp,具有典型的被子植物叶绿体基因组环状四分体结构,GC含量为38.35%;共注释得到129个基因,包括84个蛋白编码基因,37个tRNA基因和8个rRNA基因;蛋白编码基因对应的密码子偏好使用A/T碱基。系统发育研究表明,菜头肾与板蓝亲缘关系最近,提示它们在进化上具有共线性。结论建立了适于菜头肾植物完整叶绿体基因组组装及其特征分析的方法,为菜头肾的鉴定、系统发育研究奠定了基础。     

川芎基因组survey测序及其特征分析

目的 利用流式细胞术和高通量测序技术,对川芎Ligusticum chuanxiong基因组大小和特征进行分析,为川芎全基因组精细测序和分子机制研究奠定基础。方法 以已知基因组大小的绿豆和陆地棉作为内标植物,用流式细胞术估算川芎基因组大小。利用高通量测序技术对川芎基因组进行survey分析,测算出川芎基因组大小、重复序列、杂合率和GC含量等,利用生物信息学对基因组进行预测、注释和基因家族鉴定。结果 估算出川芎基因组大小约为3058.37Mb,重复序列为79.79%,杂合率约2.16%,GC含量为36.32%,川芎基因组呈现高重复、高杂合、基因组庞大等特征。共预测到34864个基因,有30 737个基因在功能数据库中被注释,有53个基因注释到阿魏酸合成过程中。初步鉴定到2058个特异基因家族,2001个单拷贝基因。结论 初步获得了川芎基因组大小、基因组特征、功能基因及基因家族等信息,为进一步川芎全基因组精细测序提供了参考,为阐明川芎阿魏酸等药效成分生物合成提供了基因资源。     

锈毛钝果寄生叶绿体基因组的序列特征和系统发育分析

目的 以药用植物锈毛钝果寄生Taxilluslevinei为材料,在高通量测序、组装的基础上,明确叶绿体因组的结构、序列特征和系统发育关系。方法 利用SDS法提取基因组DNA,采用Illumina HiSeq X Ten进行高通量测序,用Novo Plasty组装叶绿体基因组,借助PhyML生成系统发育树。结果 锈毛钝果寄生的叶绿体基因组全长为122 208 bp,GC值为37.3%,大单拷贝区（large single copy region,LSC）、小单拷贝区（small single copy region,SSC）和反向重复区（inverted repeat region,IR）的长度分别为70 522、6084和22 801 bp;锈毛钝果寄生的叶绿体基因组共有基因108个,其中的编码蛋白基因、t RNA与r RNA分别为66、29和8个,另有5个假基因;inf A基因、所有的ndh基因及6个t RNA发生丢失。序列比对结果表明,锈毛钝果寄生与桑寄生T. sutchuenensis (Lecomte) Danser叶绿体基因组之间的相似性最高,达96.7%。系统发育分析结果...     

药用植物萹蓄叶绿体基因组特征与系统进化分析

目的 以药用植物萹蓄Polygonumaviculare为材料,利用高通量技术测定基因组DNA序列,对叶绿体基因组进行组装和序列分析,为进一步开展药用植物萹蓄的群体遗传学和遗传多样性研究奠定基础。方法 利用华大MGISEQ-2000PE150测序平台,双末端测序策略对其全基因组DNA建库测序,测定萹蓄的基因组DNA序列,用NOVO Plasty组装叶绿体基因组,采用最大似然法（maximum likelihood,ML）构建系统进化树。结果 萹蓄叶绿体基因组全长为163 461 bp,GC值37.5%,具1个典型的四分区域结构,包括1个大单拷贝区（large single copy region,LSC）、1对反向重复区（inverted repeats,IR）和1个短单拷贝区（small single copy,SSC）,序列长度分别为88 023、31 066、13 306 bp。萹蓄的叶绿体基因组共有130个基因,其中编码蛋白基因、r RNA基因与t RNA基因的数量分别为83、8、37个。系统进化分析表明,萹蓄与木蓼属的额河木蓼构成一单系分支,具有100%支持率。结论 萹蓄隶属...     

藜芦属药用植物的叶绿体基因组比较分析和系统发育研究

目的 以藜芦属药用植物蒙自藜芦Veratrum mengtzeanum、大理藜芦V. taliense、狭叶藜芦V. stenophyllum和毛叶藜芦V.grandiflorum为材料,对其叶绿体基因组进行组装和序列分析。方法 采用高通量测序技术对4种植物叶绿体基因组进行测序,并且使用NOVOPlasty和GeneiousR11软件分别组装和注释序列,在此基础上进行基本结构和系统发育分析。结果 藜芦属4种植物叶绿体基因组具有典型的环状四分体结构,全长151 875～153 711 bp,总GC含量37.7%～37.8%。藜芦属叶绿体基因组均注释到135个基因,其中蛋白质编码基因83～84个,r RNA基因8个和t RNA基因38个。通过比较发现,4种植物IR区边界未出现明显的扩张或收缩;毛叶藜芦叶绿体基因组序列较保守,变异位点少;蒙自藜芦、大理藜芦和狭叶藜芦序列变异较大,种间差异较小;此外,在一个大单拷贝区（large single copy region,LSC）和小单拷贝区（small single copy region,SSC）区筛选到13个高变片段。系统发育研究表明,毛叶藜...     

毛重楼叶绿体基因组序列特征及其系统发育分析

目的获取毛重楼Parismairei叶绿体基因组信息特征并对其系统位置进行研究。方法采用Illumination测序技术对毛重楼叶绿体基因组进行测序,对其进行组装、注释和特征分析,并构建最大似然(maximumlikelihood,ML)系统发育树。结果毛重楼叶绿体基因组大小为163 918 bp,总GC含量为37.05%,大单拷贝区(large single-copy,LSC)、小单拷贝区(smallsingle-copyregion,SSC)分别为84173、13054bp,反向互补重复区(invertedrepeats,IR)大小为33296bp,共编码113个基因,包括79个蛋白质编码基因,30个t RNA基因和4个r RNA基因。在系统进化树中,重楼属Paris L.与藜芦科(Melanthiaceae Batsch ex Borkh.)关系较近,与百合科(Liliaceae Juss.)关系较远。结论 LSC区和SSC区序列变异高于IR区;相较于重楼属,毛重楼与蚤休组的亲缘关系最近,应将毛重楼归属为蚤休组;相较于百合科,毛重楼与藜芦科藜芦属亲缘关系更近,应将蚤休组从百合科中独立,归属为藜芦科。     

射干叶绿体基因组结构、序列特征与系统发育分析

目的以射干Belamcanda chinensis为材料,在测序、组装获得叶绿体基因组的基础上,明确其结构、序列特征及系统发育关系。方法利用PE150双末端策略进行建库测序,用NOVOPlasty组装完整的叶绿体基因组,经PCR验证边界,借助生物信息学工具进行序列分析和系统发育研究。结果射干的叶绿体基因组全长为153816bp,大单拷贝区、反向重复区和小单拷贝区的长度分别为83 143、26 214、18 245 bp。射干叶绿体基因组共有133个基因,编码基因、t RNA和r RNA的数量分别为92、38和8;ycf1有2个拷贝,其中一个为假基因。系统发育分析结果表明,7种植物叶绿体基因组在发育树上可分为4组,射干与同为鸢尾科的溪荪聚为一组,支持率达100%。结论射干叶绿体基因组的组装、序列分析和系统发育分析,为该药用植物的遗传结构和遗传多样性研究奠定了基础。     

基于Illumina高通量测序技术的草豆蔻基因组研究

目的对药食同源植物草豆蔻Alpinia katsumadai进行基因组调研分析,完善草豆蔻基因组遗传信息。方法研究采用Illumina高通量测序技术,基于K-mer分析手段来研究草豆蔻基因组的大小及杂合度,利用MISA方法分析可能的SSR分子标记。结果草豆蔻的基因组大小为1.60 Gb,基因组杂合度为0.44%,重复序列比例为72.72%;在基因组序列中,进行SSR分子标记分析,共鉴定出了364 395个SSR,其中,单、双、三核苷酸重复模体的比例较高,分别占比64.25%、24.05%、10.31%;从测序得到的350 bp文库中,随机取10 000条单端reads,与NT库进行BLAST比对,发现草豆蔻的近缘物种艳山姜Alpinia zerumbet和小豆蔻Elettaria cardamomum上的reads数分别占比对上NT库reads数的12.89%和12.36%。结论通过对草豆蔻植物的基因组大小、杂合度调查及SSR分子标记分析表明,草豆蔻物种基因组属于高重复、大基因组的复杂基因组,这为草豆蔻的资源保护和遗传多样性分析及品种选育提供了遗传信息支撑。