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海洋科学与生物工程学院王硕教授团队在鼠李科叶绿体基因组进化和系统发育研究取得新进展

作者:王硕 来源:海洋学院 责任编辑:车玉章   终审:张岩 点击: 日期:2024-05-30

鼠李科(Rhamnaceae)是一个广泛分布于世界各地的被子植物科,包含约55个属和950个物种。诸如枣属(Ziziphus)、鼠李属(Rhamnus)和雀梅藤属(Sageretia)等鼠李科植物与人们的生活存在很大关联,在食品、药用和观赏等方面均有一定的应用价值。2022年初,海洋科学与生物工程学院王硕教授团队在植物学国际顶级期刊Nature Plants发表封面论文《一亿年前琥珀中发现起源于南非的适火性鼠李科植物》,这一研究将被子植物起源与快速进化的研究重点转移到了鼠李科植物上。然而,以往由于采样不足、缺乏足够的信息位点及有限的基因组信息,鼠李科叶绿体基因组的进化和系统发育关系仍然缺乏深入的解析。

为探讨鼠李科植物的叶绿体基因组的进化和系统发育关系,海洋科学与生物工程学院王硕教授团队对金鹅绒菲利卡(Phylica pubescens)等鼠李科植物的叶绿体全基因组进行了高通量测序、组装和注释,并进行了代表性鼠李科植物的叶绿体基因组比较进化分析。研究结果显示,尽管鼠李科植物因历经变迁而遍布全球,但其叶绿体基因组却呈现出较高的保守性,具有典型的环状四分体结构,大小介于159,884 bp到162,962 bp之间。infA等基因的缺失并未影响鼠李科叶绿体的功能。选择压力分析揭示,rpl32等基因经历了正向选择,有助于增强对环境的适应性。密码子使用模式分析表明,鼠李科叶绿体基因组偏好使用以A/U结尾的密码子。此外,研究还鉴定了鼠李科叶绿体基因组的简单重复序列和长重复序列,确定了15个高度可变区域,为未来的分子标记以及相关的遗传学和基因组学研究提供重要参考。

在充分审视前人研究的基础上,研究基于目前数量最多的叶绿体全基因组序列进一步探究了鼠李科的系统发育关系。系统发育分析结果得到了极高的支持率,支持前人基于形态和分子数据将鼠李科分为蔓枣分支、枣分支和鼠李分支的分类结果,并提出将长叶冻绿(Rhamnus crenata)归入裸芽鼠李属(Frangula)的建议。这些结果为理解鼠李科的系统发育关系提供了叶绿体全基因组层面的全新视角,同时也为科学合理地利用和保护鼠李科植物资源提供了坚实的科学依据。

相关成果以“Uncovering the first complete chloroplast genomics, comparative analysis, and phylogenetic relationships of the medicinal plantsRhamnus catharticaandFrangula alnus(Rhamnaceae)”和“Exploring the chloroplast genomics, comparative analysis, evolution, and phylogenetic relationships ofPhylica pubescens(Rhamnaceae) in the Cape Flora”为题分别发表在国际生物学期刊Physiology and Molecular Biology of Plants(doi.org/10.1007/s12298-023-01331-7)和South African Journal of Botany(doi.org/10.1016/j.sajb.2023.11.051)上。www.69096.com-澳门新葡亰-新萄京娱乐网址2492777海洋科学与生物工程学院2021级硕士研究生石文博为第一作者,施超教授和王硕教授为通讯作者,www.69096.com-澳门新葡亰-新萄京娱乐网址2492777为第一通讯单位。

研究工作得到了国家自然科学基金(32370244)、泰山学者青年专家项目(tsqn202306214)、山东省自然科学基金(ZR2023MC157)和现代古生物学和地层学国家重点实验室开放课题(223123)的支持。

基于叶绿体全基因组构建鼠李科系统发育树


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