TITLE：Chloroplast genome variation and phylogenetic relationships of Atractylodes species
譯名：蒼術屬植物葉綠體基因組變異及系統發育關系
期刊：BMC Genomics
日期：2021年2月
下載鏈接：https：//doi.org/10.1186/s12864-021-07394-8

研究介紹

蒼術是應用廣泛的中草藥白術、蒼術的基本原植物，為東亞特有屬。屬內種的形態差異很小，通用的DNA條碼不能清楚地區分系統關系或識別屬的物種。為了解決這些問題，利用高通量測序技術對蒼術屬所有物種的葉綠體基因組進行了測序。本研究對6種蒼術屬植物的葉綠體基因組進行了測序和組裝，為該屬植物提供了寶貴的基因組資源?；谡麄€葉綠體系統發育分析，屬內的關系首次得到明確的解決。同時，葉綠體基因組的比較分析產生了可變區，這些可變區可以作為特定的DNA條形碼。

研究目的

本研究對蒼術葉綠體基因組的序列和結構變異、系統發育和突變動態進行了研究，為今后的種群遺傳學、分類學和物種鑒定等方面的研究奠定了基礎。

材料與方法

材料：

圖1、蒼術屬植物形態的比較。比例尺為5厘米。
A A. carlinoides, B A. macrocephala, C A. lancea, D A. japonica, E A. coreana, F A. chinensis

方法：
1、測序、基因組裝及注釋
Illumina HiSeq X Ten平臺上進行PE150測序，通過使用SPADS 3.6.1程序（Kmer=95），從高質量的配對末端讀數組裝重疊群。在此基礎上，利用BLAST程序，以中國白楊葉綠體基因組（NC037484）為參照，篩選葉綠體基因組重疊群。隨后，使用Sequencher 4.10組裝所選的重疊群。Geneious 8.1用于將所有讀數映射到組裝的葉綠體基因組序列，以驗證組裝的準確性。完整的葉綠體基因組序列使用Plann注釋，使用A. chinensis（NC037484）作為參考，并用OrganellarGenomeDRAW繪制環圖。

2、微結構突變事件的分析
使用MAFFT V7軟件比對6個葉綠體基因組，并使用Se-al 2.0進行手動調整。使用 MEGA 7.0分配葉綠體基因組中的可變突變位點和簡約信息位點。使用基因組范圍微衛星分析工具包（Gmata）軟件預測簡單序列重復序列（SSR），并設置搜索參數 單核苷酸重復單元 > 10，二核苷酸重復單元 > 5，三核苷酸重復單元 > 4，四核苷酸、五核苷酸和六核苷酸 SSR 重復單元 > 3?；趯R的序列矩陣，手動驗證插入缺失并將其分為兩類，包括SSR相關和非SSR相關（正常插入缺失/indels）。A. chinensis 被用作確定indels事件的大小和位置的參考。

3、葉綠體基因組的比較和分歧熱點識別
用mVISTA程序以Shuffle-LAGAN模式對蒼術葉綠體全基因組進行比較。以A . chinensis序列為參考。利用DnaSP v5.10軟件進行滑動窗口分析，計算葉綠體基因組的核苷酸多樣性。窗口長度設置為600bp，步長為100bp。苘麻具有優良的形態，其他5個種被用作中藥。為此分析創建了兩個數據集：（1）所有6個物種數據集（A組）和（2）5個醫學物種（B組）。

4、系統發育重建
采用37個葉綠體基因組序列進行系統發育分析，其中包括6個蒼術樣本和31個GenBank中其他物種的Cynareae和Lactuceae樣本。所有葉綠體基因組序列采用MAFFT進行比對，不明確比對區域采用gblock 0.91b進行裁剪。系統發育分析采用最大似然（ML）和貝葉斯推斷（BI）方法。Modelfinder根據軟件推薦的BIC標準計算出最優模型TVM + F + I + G4。使用IQ-tree進行ML計算，重復采樣1000次。利用MrBayes實現系統發育的貝葉斯推斷（BI）。馬爾科夫鏈蒙特卡洛（MCMC）分析運行了1000萬代。這些樹每1000代取樣一次，初始的25%作為老化處理丟棄。最后驗證分裂頻率的平均標準差<0.01。采用MEGA 7.0 in ML方法對獲得的indel數據（包括SSRs）進行系統發育分析。

結果

表1. 六種蒼術屬植物葉綠體基因組基本信息

圖2蒼術屬葉綠體基因組基因圖譜。大圓圈內側的基因是順時針轉錄的，而外側的基因是逆時針轉錄的。這些基因是根據其功能進行顏色編碼的。虛線區域代表葉綠體基因組的GC組成。

表2、六種蒼術屬植物葉綠體基因組的基本信息

含有內含子的基因用星號(*)標記

圖3、蒼術葉綠體基因組的Indels分析。
(A) Indels類型和位置的頻率。(B)6個蒼術葉綠體基因組中非SSR相關Indels的數量和大小

圖4、6個蒼術葉綠體基因組中SSR的類型和分布。
(A)在LSC、SSC和IR區域出現的頻率。(B)SSR在不同物種中的分布比例。?不同重復類型中已鑒定的SSR motif數量。(D)SSR重復類型數量。

圖5、以A. chinensis為參照的6種蒼術屬植物葉綠體基因組的mVISTA可視化比對分析。x軸代表葉綠體基因組中的坐標。對齊區域的序列相似性在50%-100%

圖6、整個葉綠體基因組的滑動窗分析。
(A)所有六種蒼術。(B)五種用于草藥，不包括A. carlinoides。窗口長度：600 bp，滑動長度：100 bp。x軸：窗口中點的位置。y軸：每個窗口的核苷酸多樣性。

圖7、基于來自37個不同物種的完整葉綠體基因組，使用最大似然法和貝葉斯推斷法構建系統進化樹。分支上方的數字代表最大似然自舉值/置信區間后驗概率。

結論

結果表明蒼術植物葉綠體基因組具有典型的四方結構，大小在152,294~ 153,261 bp之間?；蚪M共有113個基因，包括79個蛋白質編碼基因、30個tRNA基因和4個rRNA基因。鑒定出了4個熱點區，分別為rpl22-rps19-rpl2、psbM-trnD、trnR-trnT（GGU）和trnT（UGU）-trnL，以及總共42-47個簡單序列重復（SSR）分子標記，這些被認為是最有希望進行物種劃界和種群遺傳研究的潛在變量標記。整個葉綠體基因組的系統發育分析表明，蒼術是菜薊的一個分支；蒼術屬物種形成了一個單系，清楚地反映了屬內的關系。

END

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的文献解读|苍术属植物叶绿体基因组变异及系统发育关系的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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