毛茛科植物叶绿体基因组结构变异及系统发育分析

摘要

为了探究毛茛科植物的叶绿体基因组结构变异模式和属间系统发育关系,本研究利用生物信息学方法对NCBI上获取的毛茛科30个属33个物种叶绿体基因组结构变异进行了分析,同时以小檗科的大叶小檗Berberis amurensis Rupr.和Berberis aristate DC.为外类群,基于叶绿体基因组72个蛋白编码序列(coding sequence, CDS)和4个核糖体RNA (rRNA)序列利用Maximum likelihood (ML)法构建了毛茛科的系统发育树。结果显示,33个物种叶绿体基因组均为四分体结构,全基因组大小在151~164 kb左右;基因顺序和基因组结构出现一定的变异:在长瓣铁线莲(Clematis macropetala Ledeb.)、大火草(Anemone tomentosa (Maxim.)Pei)等8个物种中发现5种不同长度的倒位现象,其中铁线莲属(Clematis L.) 3个物种中同时检测到移位现象,10个基因(trnT-UGU, trnH-GUG, trnE-UUC, trnG-UCC, ycf15, rps16, rpl32, rpl16, infA和rps7)在至少1个物种中缺失;13个物种中反向重复区域(inverted repeat, IR)发生了扩张或收缩;利用毛茛科33个物种的叶绿体基因组序列所构建的系统发育树与之前的研究结果基本一致,部分存在相似结构变异的物种聚在同一分支。本研究结果表明叶绿体基因组信息及结构变异对系统发育分析具有重要的价值,可为植物的系统发育和进化研究提供依据。