芝麻菜叶绿体基因组测序及系统发育关系分析

摘要

芝麻菜作为重要的油料作物和食用蔬菜，在中国种类繁多，分布广泛。叶绿体基因组因具有多拷贝，结构保守等优点，常被用于比较基因组学、植物遗传资源研究和系统进化等。本研究利用高通量测序技术对不同品种芝麻菜（Eruca sativa）的叶绿体全基因组进行测序，分析了芝麻菜叶绿体基因组结构特征及系统进化关系。为芝麻菜的分类、分子标记开发和遗传资源研究提供一定理论基础。芝麻菜品种ZY和LY的全基因组大小分别为153 628和153 488 bp，均具有高等植物叶绿体基因组四分体结构，包括大单拷贝区（LSC; 83 325, 83 313 bp）、小单拷贝区（SSC; 17 789, 17 783 bp）和一对反向重复区（IRa/b; 26 257, 26 196 bp）。两者分别注释到112和113个单拷贝基因，其中ZY注释到78个m RAN基因和1个假基因，LY注释到79个mRNA基因，两者均注释到4个rRNA基因和30个tRNA基因。重复序列结果分析表明，ZY和LY叶绿体基因组中分别检测到55条和42条长重复序列；ZY和LY中均发现304个SSR位点，最多的是A/T核苷酸重复。比较基因组学分析结果表明，芝麻菜属和芸薹属植物叶绿体基因组高度保守，序列的种间变异高于种内，非编码区变异高于编码区。此外，种间和种内均筛选出2条核酸多样性较高的基因，分别为matK、rsp16、rpl32和rsp16。系统发育结果表明，本研究测得的2个芝麻菜品种和已发表的芝麻菜品种聚为一支（支持率为100%），芝麻菜与芸薹属植物欧洲油菜（Brassica napus）、甘蓝（Brassica oleracea）、芥菜（Brassica juncea）、芜菁（Brassica rapa）和萝卜（Raphanus sativus）亲缘关系更近。