《武汉植物园完成我国两个特有的国家级保护植物——掌叶木和伞花木的叶绿体基因组解析》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2022-01-11
  •  掌叶木(Handeliodendron bodinieri)和伞花木(Eurycorymbus cavaleriei)是无患子科(Sapindaceae)植物,为我国特有,它们分别所属的掌叶木属(Handeliodendron)和伞花木属(Eurycorymbus)是无患子科的单种属。2021年公布的《国家重点保护野生植物名录》中,掌叶木和伞花木均被列为国家II级保护植物。历史上,对无患子科的分类学处理长期存在争议,争议焦点主要在于无患子科的范围界定,即是否接受将传统七叶树科(Hippocastanaceae)和槭树科(Aceraceae)并入广义无患子科。2016年发表的基于分子系统学研究的APG被子植物系统,接受了将传统七叶树科与槭树科合并到无患子科之中,但关于掌叶木和伞花木在无患子科中的系统位置问题,一直未得到很好的解决,以往的相关研究大多只是基于几个少数的DNA片段,数据量偏少,所获得的结果支持率不够高。

      武汉植物园研究人员通过浅层基因组测序技术组装了掌叶木和伞花木的叶绿体基因组,其大小分别为151,271 bp和158,690 bp,叶绿体基因组大小与以前报道的规律相符。从当前已经报道的数据来看,在无患子科内,七叶树亚科(Hippocastanoideae)和其他亚科相比,基因组数据通常偏小,即槭树属(Acer)、七叶树属、金钱槭属(Dipteronia)以及掌叶木属物种的叶绿体基因组大小普遍比其他属小,一定程度上反映了这些属具有较近的亲缘关系。该研究还检测到三个高变区(Ycf1、ndhC-trnV-UAC和rpl32-trnL-UAG-ccsA),具有开发无患子科内DNA条形码的潜力。通过叶绿体基因组四分结构的边界比较分析显示,掌叶木的IR区呈现显著的收缩,而伞花木的明显扩张。该研究基于不同的数据集,如叶绿体全基因组序列、CDS、大单拷贝区、小单拷贝区以及IR区进行的系统分析表明,伞花木和车桑子(Dodonaea viscosa)互为姐妹类群,而掌叶木是由七叶树属组成的分支的姐妹群,掌叶木未嵌入其中,这些结果均得到强烈支持。研究结果进一步支持无患子科内四个亚科的划分方式。掌叶木和伞花木均为国家级保护植物,该研究报道的叶绿体基因组信息,为开展针对这两种植物的种群遗传学研究和保护工作等提供重要的理论数据。

      该研究成果以“Comparative genomics and phylogenetic relationships of two endemic and endangered species (Handeliodendron bodinieri and Eurycorymbus cavaleriei) of two monotypic genera within Sapindales”为题发表在国际知名期刊BMC GENOMICS上。武汉植物园东非植物区系与分类学科组博士研究生杨家鑫为论文第一作者,本研究由武汉植物园胡光万研究员和贵州大学胡国雄副教授共同指导完成。研究工作得到国家科技基础资源调查项目(2019FY101800)、国家自然科学基金(31970211)以及中国科学院中非联合研究中心(SAJC202101)的支持。

  • 原文来源:https://bmcgenomics.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12864-021-08259-w;http://www.whiob.ac.cn/xwdt/kydt/yjjz/202201/t20220110_6338091.html
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  • 《武汉植物园完成单种属保护植物——莎禾的叶绿体基因组解析》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2022-02-27
    • 莎禾[Coleanthus subtilis (Tratt.) Seidel]是禾本科(Poaceae)莎禾属(Coleanthus Seidl)一年生草本,喜生于河岸、湖旁的水湿处。其分布区广泛但不连续,已被记录分布于欧洲中西部、挪威南部、俄罗斯、中国、美国和加拿大。莎禾的生命周期极短,需要严格的栖息繁殖条件,因其栖息地正遭受破坏等原因,它的数量稀少,在诸多国家被列为保护植物,如捷克共和国和北美地区。在2021年我国发布的《国家重点保护野生植物名录》中,它也被列为二级保护植物。此外,莎禾能在长时间间隔后重新出现在以前的栖息地。2021年3月,研究人员在长江沙滩上发现了莎禾,随后武汉植物园研究人员在黑龙江哈尔滨松花江流域也采集到了它,这距离其上一次在中国的采集间隔了将近一百年。有趣的是,由于本种植物主要分布在北暖温带地区,此前在长江流域的发现被怀疑为偶然外来事件,而最近的发现却不支持这一推测,造成这种特殊分布格局的历史和原因尚不清楚。同时,莎禾的系统位置及莎禾亚族的组成存在争议,叶绿体基因组信息的缺失极大地限制了对其系统发育的全面了解。   武汉植物园研究人员利用采集的材料,首次测序并组装了莎禾的叶绿体基因组,并将其与禾本科的相关物种进行了比较和系统发育分析。结果显示莎禾叶绿体基因组大小为135,915 bp且呈现出典型的四分体结构,与先前报道的禾本科叶绿体基因组大小与结构相似。该研究还发现莎禾的accD基因缺失,ycf1、ycf2、ycf15和ycf68假基因化,且clpP和rpoC1基因的内含子也缺失,进一步证明了这是禾本科的普遍现象。虽然莎禾的叶绿体基因组结构总体上是保守和稳定的,但仍检测到26个SSR和13个高变异位点,这些区域有望被开发为禾本科重要的分子标记。此外,基于CDS的系统发育分析结果强烈支持Coleanthus和Phippsia互为姐妹类群,并对Coleanthus、Zingeria和Colpodium三者的关系提供了新的见解。本研究首次报导了莎禾的叶绿体基因组信息,为进一步研究其起源提供了重要的数据参考,并对开展该植物的种群遗传学研究和保护工作等具有借鉴意义。   该研究成果以“Comparative and phylogenetic analysis based on the chloroplast genome of Coleanthus subtilis (Tratt.) Seidel, a protected rare species of monotypic genus”为题发表在期刊Frontiers in Plant Science上。武汉植物园与湖南师范大学生命科学学院联合培养硕士研究生任静和武汉植物东非植物区系与分类学科组的田径博士为论文共同第一作者,武汉植物园胡光万研究员和湖南师范大学蔡秀珍副教授为共同通讯作者。研究工作得到国家科技基础资源调查项目(2019FY101800)和国家自然科学基金(31970211)的支持。   论文链接:https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2022.828467/full
  • 《武汉植物园基于叶绿体全基因组揭示菱属系统进化关系》

    • 来源专题:转基因生物新品种培育
    • 编译者:姜丽华
    • 发布时间:2023-01-07
    • 菱属(Trapa L.),为菱科(Trapaceae)单属,一年生浮叶水生草本植物,是我国传统的药食两用水生作物,具有重要的生态学和经济学价值。我国菱属资源非常丰富,世界菱属植物的两个物种多样性中心均分布于我国:一是长江中下游地区,二是黑龙江及图们江流域。据《中国植物志》记载,我国共有菱属15种9变种。然而,随着人类活动干扰的不断加剧,湿地不断萎缩退化,菱属生境遭到严重破坏,野生菱种质资源严重流失。目前,细果野菱已经位列中国珍惜濒危植物名录,属国家二级保护植物。因此,菱属野生种质资源的收集已经迫在眉睫,而准确的物种及亲缘关系鉴定,是有力保护和长期利用植物遗传资源的前提。 被子植物的叶绿体基因组为母系遗传的单倍体,其已经成为物种鉴定和系统分类研究的重要工具。而菱属植物由于其营养体相似,果实的形态特征变异幅度广泛,目前属内缺乏一致的、明确的物种划界标准,这给菱属的物种鉴定及进化关系探讨带来很大困难。为了填补这一研究空白,本研究选取13个菱属野生物种进行叶绿体全基因组测序,对15个菱属物种叶绿体基因组进行比较分析,并利用质体序列构建菱属系统发育树。 本研究结果发现,菱属15个野生物种/类群的叶绿体基因组大小为155,453-155,559 bp,具有典型的叶绿体四分体结构:一个LSC、一个SSC和两个IR区域。15个菱属叶绿体基因组结构、GC含量和编码基因数量都具有高度相似性。同时,他们都注释到了130个基因,其中包含85个蛋白编码基因、37个tRNA和8个rRNA。 比较分析发现,菱属叶绿体基因组中有两个高变异热点区域(atpA-atpF和rps2-rpoC2),以及丰富的长重复序列和SSRs位点,主要分布在LSC区和非编码区,可作为潜在的分子标记,用于后续菱属物种鉴定。 三种系统发育树构建方法(MP,ML和BI)一致显示,菱属内部有两个进化分支,小果分支和大果分支。小果分支仅包括细果野菱和四角刻叶菱,位于系统进化树的基部;其余物种属于大果分支,且大果分支内部,菱属物种依据其果实外部形态特征和地理来源进行聚类。 本研究首次报道了15个菱属野生物种叶绿体基因组的比较分析,并基于叶绿体序列构建了菱属内系统进化关系,为菱属植物物种鉴定和系统进化发育研究提供了基础资料,为菱属遗传资源的管理和利用提供了科学依据。 本研究结果已发表在国际期刊BMC plant biology上,中国科学院武汉植物园与西藏大学联培生博士生樊香绒为论文第一作者,水生植物生物学实验室副研究员陈媛媛为通讯作者。本研究由国家自然科学基金(31100247)和中国科学院武汉植物园科研骨干计划(Y855291)资助。