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木兰类植物叶绿体基因组结构变异规律研究取得进展

时间:2017-09-14  来源:科技外事处  浏览次数:   作者:宋钰     打印  字体: 关闭

  木兰类植物全世界有近万种,以木本植物为主,被子植物中的第三大类群,在克朗奎斯特分类法被视为双子叶植物中比较原始的类群。然而,这一类群的遗传学与基因组学研究背景相当薄弱,目前还没有全基因组测序的代表物种。近日,版纳植物园综合保护中心生物多样性研究组的宋钰等系统地完成了对这一类群各分支代表物种叶绿体的比较基因组学研究。 

  大多数被子植物的叶绿体基因组是双链环状结构,包括大单拷贝区、小单拷贝区和两个序列完全相同、方向相反的反向重复区。反向重复区在稳定叶绿体基因组的结构方面起着重要作用,而反向重复区的缩减、扩张及丢失直接影响叶绿体基因组结构变化,可能和物种分化过程相吻合。基于对47种木兰类植物的叶绿体基因组比较分析发现:胡椒目(Piperales)、木兰目(Magnoliales)、白桂皮目(Canellales)、金素兰(Chloranthales)和金鱼藻(Ceratophyllales)代表植物的叶绿体基因组反向重复区的基因次序和结构与早期被子植物代表种互叶梅(Amborella trichopoda)和睡莲(Nymphaea alba),早期单子叶植物代表种岩菖蒲(Tofieldia thibetica)及早期双子叶植物代表物种领春木(Euptelea pleiosperma)基本一致;樟目(Laurales)植物的叶绿体基因组反向重复区的基因次序和结构发生复杂变化;樟目蜡梅科代表种美国夏腊梅(Calycanthus floridus) 叶绿体基因组b侧反向重复区丢失rpl2基因及其侧翼基因间区序列;樟目樟科基部类群包括铁樟属(Eusideroxylon)、厚壳桂属(Cryptocarya)、土楠属(Endiandra)、琼楠属(Beilschmiedia)植物叶绿体基因组a侧反向重复区也丢失rpl2基因及其侧翼基因间区序列;樟目樟科核心类群包括楠(Phoebe)、润楠(Machilus)、山胡椒(Lindera)、樟(Cinnamomum)、新木姜子(Neolitsea)等属和独立分支的新樟属(Neocinnamomum)植物叶绿体基因组b侧反向重复区丢失rpl2-ycf2大片段;樟目樟科寄生植物无根藤属(Cassytha)植物叶绿体基因组丢失整个b侧反向重复区;而樟目樟科的小花檬果樟(Caryodaphnopsis henryi)则保留了两侧(ab)完整的反向重复区。上述出现在樟科内部的片段丢失事件很可能是进化上的独立事件,与樟科植物叶绿体基因组整体缩小现象联系紧密,和樟科植物种系发生进程一致,是支持无根藤属、新樟属、檬果樟属为单系群的重要证据,也系统地揭示了木兰类植物的叶绿体基因组结构变异规律。 

        该成果以Evolutionary Comparisons of the Chloroplast Genome in Lauraceae and Insights into Loss Events in the Magnoliids为题在线发表于国际学术期刊Genome Biology and Evolution,也被同期赵淑妙研究组发表研究成果进一步佐证。该研究得到了国家自然科学基金委(31600531)和中国科学院“西部之光”(Y7XB061B01)、东南亚生物多样性研究中心等项目的资助。

叶绿体基因组反向重复区rpl2-ycf2大片段在被子植物中的结构变化模式图

 

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