为探讨粗叶悬钩子(Rubus alceifolius)叶绿体基因组特征及其与同科属植物叶绿体基因组的系统发育关系,本研究采用Illumina HiSeq 4000平台对粗叶悬钩子叶绿体基因组进行了测序、组装和注释,并对其序列特征、密码子偏好性、重复序列、简单重复序列(simple sequence repeats,SSR)和系统发育进行分析.结果表明,粗叶悬钩子叶绿体基因组总长度为156 266 bp,呈典型的四分体结构,包括大单拷贝区85 874 bp、小单拷贝区18 850 bp和反向互补重复区25 771 bp;共含有基因128个,其中蛋白质编码基因86个,tRNA基因34个,rRNA基因8个.密码子偏好性分析表明,亮氨酸(Leu)的密码子数量最多(5 189个),而半胱氨酸(Cys)的密码子数量最少(590个).从粗叶悬钩子叶绿体基因组中共检测出39个长重复序列及52个SSR位点.系统发育分析表明,粗叶悬钩子与七裂叶悬钩子(Rubus reflexus var.lanceolobus)、越南悬钩子(Rubus co-chinchinensis)、棕红悬钩子(Rubus rufus)聚为一支,亲缘关系最密切.本研究为蔷薇科(Rosaceae)悬钩子属(Rubus)植物的分子标记、物种鉴定、亲属关系解析和遗传多样性分析等研究提供科学依据.

目的:分析2013—2020年人感染H7N9禽流感密码子使用偏好及其影响因素。方法:通过NCBI数据库获得病毒全基因组序列，使用CodonW、EMBOSS、R、Origin 9.0、SPSS 20.0等软件分析病毒的碱基构成、密码子偏好性参数等。结果:H7N9病毒全基因组AU含量高于GC，且AU多出现在密码子末位。2013—2020年AU含量逐渐升高，而GC含量逐渐降低。病毒有效密码子数在48.71~56.17之间，提示病毒密码子使用偏性总体较弱。有效密码子数绘图和密码子适应指数分析显示病毒密码子使用偏好受自然选择和突变压力双重影响，自然选择因素更为明显。结论:人感染H7N9禽流感病毒密码子使用偏好仍处在不断适应人类宿主的演化过程中，第五波疫情及后续毒株与既往毒株相比存在更加适应宿主的变化。

黄颈亚马逊鹦鹉(Amazona auropalliata)属于《濒危野生动植物种国际贸易公约》附录11监管物种.为了更好地了解黄颈亚马逊鹦鹉的起源、进化以及在鹦形目中的系统发育地位,本研究使用一代直接测序法获得了黄颈亚马逊鹦鹉的线粒体基因组序列,全长18 679 bp,并针对全序列进行了结构分析.结果表明,黄颈亚马逊鹦鹉线粒体基因组中碱基含量具有明显的AT偏好性,包含13个蛋白编码基因、22个tRNA编码基因和2个rRNA编码基因,除了nad6在L链上以外,其他的蛋白编码基因都在H链上.黄颈亚马逊鹦鹉线粒体基因组有基因重叠现象且排列紧密,重叠序列长度范围从1 bp到6 bp,总长度共17 bp,共计8处;基因间隔序列的长度范围从1 bp到40 bp,总长度共154 bp,共计24处,有7处基因排列无间隙.基于线粒体基因序列分析发现,除了 tRNA中trnC、trnF、trnG和trnH缺少反密码子环,trnP和trnQ缺少TΨC环,trnL-I、trnS-Ⅱ和trnW呈短棒状,其他tRNA具有经典的三叶草二级结构.采用最大似然法(maximum likelihood method,ML)和近邻相接法(neighbor-joining method,NJ)对40种鹦形目物种线粒体全基因组序列构建系统进化树,结果表明黄颈亚马逊鹦鹉与黄冠亚马逊鹦鹉(Amazona ochrocephala)的亲缘关系最近.

目的 探究百合属Lilium药用植物叶绿体基因组密码子使用偏性及影响因素,为百合属药用植物育种提供理论参考.方法 使用CodonW1.4.2、CUSP、SPSS等软件分析9种百合属药用植物的密码子偏好性.结果 9种百合属植物密码子不同位点的GC含量均小于0.5,且GC1＞GC2＞GC3;其有效密码子数值均大于45.共筛选到21个最优密码子,其中有20个以A/U碱基结尾.PR2-plot分析、ENC-plot分析和中性绘图分析显示,百合属叶绿体基因组密码子偏好性主要受自然选择影响,同时也受突变因素影响.叶绿体蛋白编码序列的系统发育树和相对同义密码子使用度值的聚类分析结果,均支持渥丹Lilium concolor从钟花组独立归并到卷瓣组.结论 9种百合属植物叶绿体基因组密码子偏好性较弱,自然选择是影响密码子偏好性形成的主要因素,渥丹归入卷瓣组更合理.

目的 以牛茄子Solanum capsicoides新鲜叶片为材料,对叶绿体基因组序列进行组装、注释和分析,探究牛茄子的序列特征和同属其他物种的系统发育关系.方法 基于Illumina HiSeq高通量测序,获得牛茄子完整叶绿体基因组序列,利用生物信息学方法进一步对其功能及特征、密码子偏好性、IR区域边界、核苷酸多样性、系统发育关系进行分析.结果 牛茄子叶绿体基因组全长为155465 bp,为典型的四分体结构,总GC含量为37.85％,其中大单拷贝区、小单拷贝区和反向重复序列的长度分别为88265、18462、24369bp;共编码131个基因,包括86个蛋白编码基因、37个tRNA基因、8个rRNA基因.简单重复序列检测表明,叶绿体基因组包括51个SSR位点,其中以A和T组成的单核苷酸重复次数最多,占45.1％.密码子偏好性分析表明,亮氨酸是使用频率最高的氨基酸,AUU是使用次数最多的密码子,密码子偏向使用A/U结尾.属内叶绿体基因组比较分析显示,IR边界区域相对保守,但仍存在部分基因扩张和收缩等现象;核苷酸多样性分析获得了 4个高突变热点:trnQ-psbK、psbF-psbE、clpP、ycfl,可作为物种鉴定和遗传多样性研究的潜在特征.系统发育分析显示牛茄子和喀西茄的亲缘关系更近,存在姐妹关系.结论 牛茄子叶绿体基因组的组装和系统发育分析,为茄属植物的分类和群体间遗传多样性的研究提供理论依据.

为明确珠子参、羽叶三七和秀丽假人参3 种药用植物叶绿体基因组特征与系统发育关系,该文以秦巴山区 3 种人参属药用植物为研究对象,运用生物信息学技术,分析其叶绿体基因组特征及密码子使用偏好性,并探讨三者之间的亲缘关系.结果表明:(1)3 种人参属药用植物的叶绿体基因组为典型的四分体结构,序列全长为 156 071～156 104 bp,总 GC 含量为 38.10%,基因组大小相似度较高.(2)均注释到 133 个基因,包括 88 个蛋白编码基因、37 个tRNA基因和 8 个rRNA基因.(3)3 种人参属药用植物叶绿体密码子使用偏好性相似,密码子第 3 位碱基以 A/U 结尾为主,密码子使用模式在受到突变影响的同时,主要受到自然选择的影响.(4)系统发育结果显示,3 种人参属药用植物的亲缘关系较近,并且秀丽假人参同羽叶三七亲缘关系更近.综上认为,秀丽假人参与珠子参基源植物之间存在近缘关系,这项发现对于珠子参中药材的资源开发利用和分子鉴定,以及进一步研究人参属物种的分类、系统发育和进化机制提供了重要依据.

越南小花金花茶(Camellia minima)是一种珍稀濒危的金花茶组植物,目前尚未有其叶绿体基因组的相关研究.该研究利用Illumina HiSeq 2000平台对越南小花金花茶进行了叶绿体基因组序列的测序、组装、注释和分析.结果表明:(1)越南小花金花茶叶绿体基因组全长156 961bp,为典型的四分体结构,共注释到136个基因,其中包含87个蛋白编码基因、41个tRNA基因和8个rRNA基因.(2)分析鉴定出66个SSR位点和39个重复序列.(3)密码子偏好使用以A/U结尾的密码子,综合有效密码数(ENC)绘图、PR2-plot和中性分析推测自然选择是影响密码子使用模式的主导因素.(4)边界分析显示ycf1基因的长度和位置在不同金花茶组植物间存在差异.(5)对已发表的金花茶组植物叶绿体基因组的系统发育分析发现越南小花金花茶与小花金花茶聚为一支,亲缘关系最近.该研究结果为探索物种进化和提高外源基因表达提供了重要的参考信息,同时为后续的金花茶组植物的保护和利用提供了理论基础.

川柿(Diospyros sutchuensis)为极小种群和国家重点保护野生植物,分布范围狭窄,种群数量极少.目前,川柿基因组信息缺乏,在柿属(Diospyros)中的系统亲缘关系不明确.该研究通过Illumina平台对川柿叶绿体基因组进行测序,应用Getorganellev1.7.3.4和PGA软件对基因组进行组装和注释,使用DnaSP6.12.03软件进行多序列对比分析,并使用REPuter、Tandem Reapeats Finder和MISA软件进行重复序列分析,使用CodonW1.4和EasyCodemL软件分别进行密码子偏好性和选择压力分析.同时,基于4个不同的叶绿体基因组序列数据集,使用IQtree软件分析川柿与11个柿属物种的系统发育关系.结果表明:(1)川柿叶绿体基因组全长157 917 bp,包含1对26 111 bp的反向重复区、大单拷贝区(87 303 bp)和小单拷贝区(18 392 bp),GC碱基含量为37.4％.(2)川柿叶绿体基因组共注释到113个基因,包括79个蛋白编码基因、30个tRNA基因和4个rRNA基因;共检测到49个长重复序列、27个串联重复序列和34个简单重复序列;蛋白编码基因中高频密码子31个,多数密码子末位碱基为A或U,编码亮氨酸的密码子使用最多;基因组编码区比非编码区更为保守,10个高变热点区域可作为潜在的分子标记;蛋白编码基因中有8个基因(ndhB、ndhG、ndhI、rbcL、rpoB、petB、petD、rps12)受到正选择压力.(3)系统发育分析显示,川柿与老鸦柿(D.rhombifolia)和乌柿(D.cathayensis)亲缘关系最为密切,它们与海南柿(D.hainanensis)共同形成一个单系分支.该研究结果既为川柿及柿属种质资源鉴定、遗传多样性保护以及种群恢复等提供了叶绿体基因组资源,也为阐明川柿的系统进化提供了重要的分子信息.

目的:明晰伊犁郁金香叶绿体基因组密码子偏好性的使用模式.方法:以伊犁郁金香53条蛋白编码序列(CDS)为研究对象,使用CodonW1.4.2、CUSP等软件对其进行密码子组成分析、偏性影响因素分析、最优密码子筛选.结果:伊犁郁金香叶绿体基因组密码子的GC1、GC2、GC3含量不同,其中GC3的平均含量最低为27.15％,说明GC3偏好以A/U结尾.有效密码子(ENC)值均大于35,表明密码子使用偏性较弱;通过中性绘图、PR2-plot和ENC-plot的分析,伊犁郁金香叶绿体基因组密码子使用偏好性主要受到自然选择的影响,同时受突变因素的影响.结论:伊犁郁金香叶绿体基因组共筛选到18个最优密码子可为后续野生郁金香资源开发、优良性状的遗传改良、外源基因表达及叶绿体工程育种等提供技术支撑和理论依据.

[目的]为解析甘蔗基因组的密码子使用特征,提高异源基因在甘蔗中的表达效率.[方法]以已发布的甘蔗属种(热带种LA-purple、割手密NP-X和AP85-441)及其近缘属种蔗茅(Yunnan2009-3)基因组为数据,利用Python、CodonW1.4.2 进行密码子偏好性分析,同时通过中性绘图、ENC-plot、PR2-plot等分析探讨密码子偏好性形成的影响因素,并结合转录组测序数据分析密码子偏好性参数与基因表达水平的相关性.最后,基于RSCU均值与 7 个主要模式生物种(玉米、高粱、水稻、拟南芥、烟草、大肠杆菌、酿酒酵母)的密码子使用模式进行比较分析.[结果]显示热带种、割手密和蔗茅的基因组都富含GC,平均GC含量为 56.3%,且GC3>GC1>GC2,倾向于使用以G/C结尾的密码子,平均ENC值为 48.45,偏好性较低.中性绘图、ENC-plot和PR2-plot分析表明它们的密码子偏好性受到自然选择、突变压力等多种因素的共同影响,其中自然选择占主导作用.相关性分析表明密码子偏好性参数与基因实际的转录表达水平存在显著相关性,但相关性不强.根据RSCU和?RSCU值,确定了 13 个最优密码子,均以C或G结尾,密码子使用特性在全基因组和染色体组水平上无差异.通过比较发现,甘蔗的核苷酸组成及密码子偏好性与玉米、高粱和水稻较为相似,而与拟南芥、烟草、大肠杆菌和酵母具有显著差异.[结论]甘蔗热带种、割手密和蔗茅的密码子偏好性高度相似,其形成受自然选择和突变因素的影响.此外,对甘蔗优异基因功能异源验证时可优先选择玉米、水稻和高粱作为异源表达系统.