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武漢植物園完成城口榿葉樹葉綠體基因組的解析

  榿葉樹屬(Clethra)是熱帶至亞熱帶地區重要的山地樹種,具有良好的園林觀賞性和環境適應性。該屬約65種,間斷分布于東亞和東南亞、北美東南部、中美洲、巴西東部和馬德拉群島。榿葉樹屬是合瓣花植物中較為原始的類群,其許多特征與杜鵑花科某些屬高度相似,以往植物學家曾將本屬放置于杜鵑花科內。1851年,德國植物學家Klotzsch將該屬從杜鵑花科中移出,新建立了一個單屬科——榿葉樹科(Clethraceae)。近些年隨著分子系統學的興起,基于3個葉綠體DNA片段的系統發育研究結果,支持原屬于鞣木科(Cyrillaceae)的虎萼木屬(Purdiaea)為榿葉樹屬的姐妹群并劃入榿葉樹科。到目前為止,已測序的榿葉樹屬葉綠體基因組數據很少,在NCBI數據庫中僅有云南榿葉樹(Clethra delavayi)一種,很大的制約了對本屬植物系統發育的研究。

    武漢植物園東非植物區系與分類學科組首次對該屬分布于華中地區的本土植物——城口榿葉樹(Clethra fargesii)葉綠體基因組進行了解析。研究發現,城口榿葉樹的葉綠體基因組全長157,486 bp,共注釋到112個單拷貝基因,其中包含80個蛋白質編碼基因,30個tRNA基因,4個rRNA基因(圖1)。與同屬杜鵑花目(Ericales)下的其他科植物相比,該基因組的基因個數、GC含量和密碼子偏好性等方面具有較高的相似性,同時通過基因組比對重排,選擇壓力和核苷酸多態性分析,發現該基因組在一些方面表現出高度的保守性。此外,該研究還發現了該基因組中的73個微衛星序列(SSR)和7個核苷酸多態性較高的區域,可作為榿葉樹科物種鑒定和系統發育的潛在標記。基于75個葉綠體蛋白質編碼序列串聯數據重建杜鵑花目系統發育樹,結果支持了榿葉樹屬與杜鵑花科(Ericaceae)互為姐妹類群(圖2)。該研究為榿葉樹屬的葉綠體基因組研究提供了重要數據,對今后關于該屬及榿葉樹科的系統發育研究和物種演化具有重要意義。

    該研究成果以“Complete Chloroplast Genome of Clethra fargesii Franch., an Original Sympetalous Plant from Central China: Comparative Analysis, Adaptive Evolution, and Phylogenetic Relationships”為題發表在國際學術期刊《Forests》上。本研究是在武漢植物園東非植物區系與分類學科組胡光萬研究員和江西農業大學林學院江西省竹子種質資源與利用重點實驗室國春策教授共同指導下完成,為雙方實驗室合作研究的成果,江西農業大學與武漢植物園聯合培養的碩士研究生丁世雄為本論文的第一作者,雙方實驗室多名研究生參與了本項研究。

  論文鏈接:https://doi.org/10.3390/f12040441

 

圖1. 城口榿葉樹(Clethra fargesii)的葉綠體基因組圖譜

 

圖2. 基于40個杜鵑花目植物的75個葉綠體蛋白質編碼序列串聯數據構建的最大似然法和貝葉斯法系統發育樹

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