多数植物叶绿体基因组为双链环状DNA,具有保守的四分体结构、非重组、单倍体、单亲遗传、进化速率适中、序列和结构高度保守等特征,可为植物进化等提供有用信息.茶树种质资源丰富,其复杂的起源、进化、分类等方面缺乏有效鉴评,而有碍于对其高效保护与创新利用.目前,叶绿体基因组测序技术快速发展并向三代过渡,33 份茶树资源的叶绿体基因组已在NCBI公布,茶树叶绿体基因组基因类型、基因序列特征已被部分揭示,且已应用于茶树资源的分类鉴定、起源进化、白化机制等方面研究,但仍有不少茶树资源的叶绿体基因组未被破译.本文简述了植物叶绿体基因组的起源、遗传方式、基本特征;重点述评了茶树叶绿体基因组测序技术、基因组特征、基因类型、基因序列等最新研究成果;概述了茶树叶绿体基因组应用现状;最后探讨了茶树叶绿体基因组未来的应用与发展方向.

目的 解析紫皮石斛Dendrobium devonianum叶绿体基因组特征,并探讨石斛属系统发育关系.方法 采用Illumina技术对紫皮石斛进行测序,对其叶绿体基因组进行组装、注释和分析,并基于共有编码基因序列构建系统发育树.结果 紫皮石斛叶绿体基因大小为146 493 bp,总GC含量为37.4％;其大单拷贝区、小单拷贝区长度分别为84 932、13 036 bp,反向互补重复区为24 263 bp;共编码118个基因,包括72个蛋白质编码基因,38个tRNA基因和8个rRNA基因.密码子偏好分析表明,亮氨酸是紫皮石斛叶绿体基因组中使用频次最高的氨基酸.系统发育分析表明,紫皮石斛未形成单系,与兜唇石斛D.aphyllum构成姊妹关系;瘦轴组的重唇石斛D.hercoglossum和钩状石斛D.adincun与石斛组其他物种聚为一支.结论 紫皮石斛叶绿体基因组呈典型四分体结构,其与兜唇石斛亲缘关系最近;瘦轴组的重唇石斛和钩状石斛与石斛组亲缘关系更近,并入石斛组更合理.

为探究云南伤科用毒性药材黄草乌(Radix Aconitum Vilmoriniani)栽培品质量的影响因素,该研究利用Illumina HiSeq 4000高通量测序平台对来自10个不同栽培基地黄草乌样品的叶绿体基因组展开测序,经过对测序数据的组装、注释,利用生物信息学工具对其叶绿体基因组特征展开分析并构建系统发育树.结果表明:(1)10个栽培品的叶绿体基因组全长155 744～155 937 bp,大单拷贝区和小单拷贝区分别为86 363～86 548 bp、16 921～17 007 bp,反向重复区大小为 26 170～26 236 bp,均注释到 131 个基因.(2)序列鉴定出60～73个SSR位点,基因组比较分析发现,10个栽培品叶绿体基因组显示出一定的扩张,并在其中发现了 trnK-UUU-trnQ-UUG等变异热点区域.(3)基于2个数据集的系统发育分析均表明,JS-1-4、QJ-1-2、LX-1-3、LJ-3-2 与黄草乌(Aconitum vilmorinianum)亲缘关系较近;LQ-1-3、GJ-1-3、NL-1-3、DC-2-2 和滇南草乌(A.austroyinnanense)关系较近;基于全叶绿体基因组序列构建的系统进化树中LJ-4-3与马耳山乌头(A.delavayi)亲缘关系近,LJ-1-2与宾川乌头(A.duclouxii)的亲缘关系较近;而基于蛋白质编码基因序列构建的系统进化树中,LJ-4-3与西南乌头(A.episcopale)亲缘关系近,LJ-1-2则与苍山乌头(A.con.tortum)关系较近.综上认为,黄草乌的栽培种植存在种源混杂的客观问题,主要有黄草乌和滇南草乌两种植物,个别栽培基地还掺混了乌头属(Aconitum)的其他物种,这可能是黄草乌栽培品质量不稳定的因素之一.

研究对中国绿水螅共生绿藻的核18S rRNA基因全长序列及其叶绿体9个基因(atpA、chlB、chlN、petA、psaB、psbA、psbC、psbD及rbcL)片段序列进行了克隆和测序,并基于18S rRNA基因序列及叶绿体9个基因序列的整合数据分别通过最大似然法(Maximum-likelihood)和贝叶斯分析(Bayesian inference)对中国绿水螅(Hydra sinensis)共生单细胞绿藻的系统发生地位进行了探讨.系统发生表明:(1)中国绿水螅共生绿藻属于共球藻纲(Trebouxiophyceae)小球藻目(Chlorellales),但不属于其中的小球藻属(Chlorella);(2)来源于草履虫、水螅、地衣及银杏的共生绿藻均在共球藻纲支系,而来源于蛙类和蝾螈的共生绿藻属于绿藻纲(Chlorophyceae)支系.无论在共球藻纲支系还是在绿藻纲支系,不同来源的共生藻并没有排他性地聚为单系群而在系统树中与其他自由生活的绿藻混杂排列,来自不同宿主的共生绿藻没有共同起源.

莛子藨是莛子藨属的一种多年生草本植物,主要分布在青藏高原东北部及邻近高山地区和日本,为东亚特有种.本文基于叶绿体DNA基因间隔区rbcL-accD序列,对莛子藨物种水平的序列特征、分子遗传多样性和谱系地理结构进行研究.分析结果发现该区域莛子藨种群的遗传变异主要来自于居群间(72.28％),优势单倍型(H2)广泛分布,特有单倍型分散在多个居群.居群间遗传分化系数NsT ＜GsT,没有检测到显著谱系地理结构,而且居群间基因流较低(Nm=0.096),青藏高原及其邻近地区特殊地形和生态环境造成的地理隔离或者生境异质化可能是现有单倍型分布格局形成的原因.种群动态历史分析显示莛子藨经历过不显著的种群选择或者扩张事件,综合分析推测莛子藨居群应该是在间冰期或者冰期后从不同避难所扩散形成现在的分布格局,具体避难所还需进一步深入研究才能确认.

目的 采用叶绿体基因psb A-trnH间隔区序列探讨不同产地何首乌的分子鉴定方法.方法 分别提取7省区15个居群116份何首乌样品的总DNA,经PCR扩增psb A-trnH间隔区序列,纯化后测序,采用MEGA 6.06软件对序列进行分析.结果 何首乌各居群间的遗传距离为0.001～0.187,最大似然法系统树中何首乌15个居群样品聚为2支.结论 何首乌的遗传变异较显著,psbA-trnH序列可作为道地种源德庆种源与其他种源分子鉴定的依据.

短柄草族(Brachypodieae)有短柄草(Brachypodium sylvaticum和二穗短柄草(Brachypodium distachyum)两种模式植物,具有重要科研价值,与雀麦族(Bromeae)和小麦族(Triticeae)的系统位置关系尚不明确.据此,本文运用最大简约法(MP)、最大似然法(ML)和贝叶斯推断法(BI)对叶绿体基因片段psb A-trnH、核糖体基因转录间隔区ITS、单拷贝核基因片段DMC1以及sbA-trnH+ nrITS+ DMC1联合序列数据进行分析,来揭示三者的系统学位置关系.研究结果表明,在DMC1、ndTS以及联合基因序列构建的系统进化树中,短柄草族、雀麦族、小麦族各自聚为一支,且具有较高的支持率;在叶绿体基因psb A-trnH构建的系统进化树中,短柄草族聚为一支,雀麦族分散镶嵌在小麦族中,提示小麦族、雀麦族之间发生了多种进化情况.利用BEAST和RASP对sbA-trnH+ nrITS+DMC1联合序列分析,结果表明:小麦族起源于西北地区,物种形成时间多集中在13-7 Ma,与青藏高原中新世中晚期(13-7 Ma)的隆起一致;短柄草族起源于西南地区,物种形成时间多集中在3 Ma之后,这与东亚季风的加强和青藏高原上新世以来的剧烈抬升时间一致,中国特有种草地短柄草(Brachypodium pratense)也是在该时间段分化形成.

从南京产白乳胶样品中分离和培养得到1株藻种, 编号为FACHB-2245, 对其进行形态观察和SSU基因序列分析.结果显示, 该藻株为单细胞, 球状至椭球状, 细胞壁平滑.细胞具有1个大液泡、1个红色球体和1个透明晶状结构以及许多折光颗粒.叶绿体周生, 1至多个, 具膨大的蛋白核.结合形态和分子系统发育分析, 确定这株藻种为真眼点藻纲的具晶泡绿藻 (Vacuoliviride crystalliferum Nakayama, Nakamura, Yokoyama, Shiratori, Inouye&Ishida) .该属种在我国是首次报道, 生活于白乳胶这一特殊生境.基于SSU序列的系统发育研究表明, 具晶泡绿藻藻株与真眼点藻纲中的角绿藻属 (Goniochloris Geitler) 、粗盘藻属 (Trachydiscus Ettl) 和假十字趾藻属 (Pseudostaurastrum Chodat) 的亲缘关系密切, 位于这些类群的基部.

目的 从滇龙胆叶片中克隆单萜合成关键酶环烯醚萜氧化酶(GrIDO)基因及其启动子序列,并进行序列分析.方法 根据滇龙胆转录组GrIDO基因序列设计基因特异性引物,使用RT-PCR方法克隆GrIDO基因的开放阅读框(open reading frame,ORF)序列,基于在线软件对GrIDO基因序列进行生物信息学分析.同时,根据GrIDO基因ORF序列,设计特异性引物,采用PCR法对该基因启动子序列进行扩增,并进行序列分析.结果 GrIDO基因(GenBank登录号KP722034)ORF全长l 557 bp,编码518个氨基酸;GrIDO蛋白相对分子质量58 920,理论等电点8.40,属于细胞色素P450超家族成员,可能定位于叶绿体;无信号肽,为亲水不稳定蛋白,主要由α-螺旋(51.07％)和环(42.69％)构成;GrIDO蛋白与长春花CrIDO蛋白具有较高的相似性(85.83％),且亲缘关系较近.GrIDO基因启动子(GenBank登录号KT428570)长720 bp,具有TATA-box和CAAT-box,还具有参与脱落酸和茉莉酸甲酯应答的顺式作用元件、光应答元件和MYB结合位点.结论 GrIDO基因表达受多种因素调控.克隆了GrIDO基因ORF及其启动子,为GrIDO基因的功能验证奠定基础.

洪平杏(Armeniaca hongpingensis C.L.Li)是杏属的一个狭域分布种,基于形态观察被推测为杏(A.vulgaris Lam.)和梅(A.mume Sieb.)的天然杂交种,但目前尚无该种与杏、梅亲缘关系的分子系统学研究.本文以洪平杏的成株和实生苗以及包括杏、梅在内的6种(含1变种)杏属植物为研究材料,分别采用核基因(ITS和SBEI)和叶绿体基因(matK和ycf1b)序列构建系统发育树,并采用matK、ycf1b和SBEI基因序列构建单倍型网络图,探讨该物种与杏、梅及杏梅(A.mume Sieb.var.bungo Makino)之间的亲缘关系.基于核基因和叶绿体基因序列分别构建的系统发育树均显示,洪平杏的成株及其全部实生苗个体单独聚为一支,且具有较高的支持率(分别为99/79、71/81),独立于杏属其他种之外.而基于核基因ITS序列的系统发育分析结果表明,洪平杏除极少数成株与杏、杏梅聚为一支外,其余所有成株与实生苗聚为2大支(支持率分别为0.82和0.97),而没有克隆的与梅聚在一起.单倍型分析结果表明,该物种的成株与实生苗在SBEI和ycf1b基因序列中均未检测到杏或梅的单倍型,仅有少数(2/9)的实生苗个体在叶绿体matK基因序列中检测到杏的单倍型.研究结果不支持将洪平杏定为杏和梅的天然杂交种的观点,推测洪平杏应为一个独立的物种,与杏之间的亲缘关系更近并且存在可检测到的基因流.