扁核木属(Prinsepia)植物在中国分布有4个种,均具有极高的食用和药用价值.为解析扁核木属植物的叶绿体基因组特征,基于现已发表的扁核木属植物叶绿体基因组,利用相关生物信息学手段进行其叶绿体基因结构、SSR、密码子偏好性和序列变异情况分析,并构建系统发育树.结果表明,2种扁核木属植物叶绿体基因组大小介于159179～168206 bp之间,平均GC含量为37.3％,从编码基因数目来看,仅相差2个tRNA,而蛋白编码基因和rRNA数目均一致,种间具有较高的保守性;在扁核木和蕤核叶绿体全基因组序列中各检测出分散重复49个,其中以正向重复和回文重复为主,占比达73％～82％,而串联重复数目分别为49个和58个,经简单重复序列SSR分析,分别在2种植物叶绿体基因组序列中分别筛选出100个和84个SSR位点,且多是以A/T碱基为主的单核苷酸重复类型;扁核木属植物叶绿体基因组密码子偏好性分析发现GC3的碱基含量显著低于GC1和GC2,说明密码子偏好以A、U结尾,ENC取值均大于48％,表明其密码子偏性较弱,中性绘图和PR2-plot分析发现自然选择是影响扁核木属植物密码子使用偏好性的主要原因,通过建立高、低基因表达库,以RSCU值为参考,确定了6个扁核木属最优密码子.经叶绿体基因组序列变异分析,根据核苷酸多态性指数Pi>0.015筛选出trnH-GUG-psbA,psbZ-trnG-UCC-trnfM-CAU-rps14和psaJ-rpl33-rps18等3个高变区,以蕤核叶绿体基因组为参考,在扁核木叶绿体基因组编码区发现存在大量的插入、缺失和SNP突变位点,并在蕤核叶绿体基因组中发现了多个该物种的特有基因.基于叶绿体基因组的trnS-trnG间隔区构建的系统发育树显示,4种扁核木属植物可分为南系(扁核木、台湾扁核木)和北系(蕤核、东北扁核木)两类.研究结果可为扁核木属植物的系统发育、分类鉴定及其资源的开发利用等相关研究提供理论基础.

扁核木属;叶绿体基因组;特征分析;系统发育

王飞;赵文植;董章宏;马路遥;李卫英;夏茂甜;王正德;辛培尧

西南林业大学国家林业和草原局西南风景园林工程技术研究中心,云南昆明 650224;西南林业大学西南地区生物多样性保育国家林业和草原局重点实验室,云南昆明 650224

热带作物学报

[1]王飞;赵文植;董章宏;马路遥;李卫英;夏茂甜;王正德;辛培尧-.扁核木属植物叶绿体基因组特征分析)[J].热带作物学报,2022(09):1759-1770

扁核木属,Prinsepia,trnfM,rps14,psaJ,rpl33,rps18

植物叶,叶绿体基因组,基因组特征,中国分布,药用价值,基因结构,SSR,密码子偏好性,序列变异,变异情况,建系,系统发育树,基因组大小,bp,编码基因,tRNA,蛋白编码,rRNA,均一,种间,保守性,叶绿体全基因组,全基因组序列,回文,比达,重复数,简单重复序列,碱基,单核苷酸,重复类型,偏好性分析,GC3,GC1,GC2,结尾,ENC,密码子偏性,绘图,PR2,plot,自然选择,密码子使用偏好性,RSCU,最优密码子,变异分析,多态性,Pi,trnH,GUG,psbA,psbZ,trnG,UCC,CAU,木叶,编码区,SNP,突变位点,trnS,台湾,分类鉴定

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