内蒙古林草过渡区欧亚绣线菊和土庄绣线菊叶绿体基因组比较研究.pdf

DOI:10.12171/j.10001522.20220518内蒙古林草过渡区欧亚绣线菊和土庄绣线菊叶绿体基因组比较研究宋晴1,2,3宿逸然1,2,3王铁梅1,2,3胥健2,4梁留喜2,5董昊野2,4邰塔拉2,6（1.北京林业大学草业与草原学院，北京100083；2.内蒙古科尔沁草原生态系统国家定位观测研究站，内蒙古兴安盟137400；3.北京林业大学草地资源与生态研究中心，北京100083；4.内蒙古兴安盟林业和草原工作站，内蒙古兴安盟137400；5.内蒙古科尔沁右翼前旗草原工作站，内蒙古兴安盟137400；6.内蒙古科尔沁右翼前旗绿水种畜场繁育中心，内蒙古兴安盟137400）摘要:【目的】我国是绣线菊属植物的现代分布和分化中心，欧亚绣线菊和土庄绣线菊是同域分布在内蒙古林草过渡区的两种绣线菊属植物，分析两个物种的叶绿体基因组差异可为鉴定同属植物亲缘关系提供依据。【方法】本研究采用二代测序技术，利用 IlluminaNovaseq6000 平台，通过组装、注释后得到两个物种完整的叶绿体全基因组序列，并利用生物信息学方法分析其序列结构并构建系统发育树。【结果】结果显示：欧亚绣线菊叶绿体序列全长为 155916bp，总 GC 含量为36.72%，土庄绣线菊叶绿体序列全长为 155942bp，总 GC 含量为 36.76%。二者均注释得到 130 个基因，其中 111 个基因是独有的，包含 78 个蛋白质编码基因、29 个 tRNA 基因和 4 个 rRNA 基因。欧亚绣线菊和土庄绣线菊分别检测到238 和 241 个简单重复序列，以 A 或 U 结尾的密码子偏好性大于以 G 或 C 结尾的密码子偏好性，基因组变异区域主要分布于非编码区域。二者编码亮氨酸的密码子含量最多，半胱氨酸密码子含量最低。系统发育树结果显示：欧亚绣线菊和土庄绣线菊构成姐妹类群，存在较近的亲缘关系，绣线菊属与鲜卑花属亲缘关系较近，呈姐妹类群关系。【结论】研究结果可为绣线菊属植物的系统发育、分类鉴定和资源开发利用等相关研究提供基础资料。关键词：欧亚绣线菊；土庄绣线菊；叶绿体基因组；系统发育中图分类号：Q943.2文献标志码：A文章编号：10001522(2024)03010312引文格式：宋晴，宿逸然，王铁梅，等.内蒙古林草过渡区欧亚绣线菊和土庄绣线菊叶绿体基因组比较研究 J.北京林业大学学报，2024，46(3)：103114.SongQing,SuYiran,WangTiemei,etal.ComparativeanalysesonchloroplastgenomebetweenSpiraea mediaandSpiraea pubescensintheforest-grasstransitionzoneofInnerMongolia,northernChinaJ.JournalofBeijingForestryUniversity,2024,46(3):103114.Comparative analyses on chloroplast genome between Spiraea media and Spiraeapubescens in the forest-grass transition zone of Inner Mongolia,northern ChinaSongQing1,2,3SuYiran1,2,3WangTiemei1,2,3XuJian2,4LiangLiuxi2,5DongHaoye2,4TaiTala2,6(1.SchoolofGrasslandScience,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China;2.HorqinGrasslandEcosystemNationalObservationandResearchStation,XinganLeague137400,InnerMongolia,China;3.ResearchCenterofGrasslandResourcesandEcology,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China;4.GrasslandWorkstation,XinganLeague137400,InnerMongolia,China;5.GrasslandWorkstationofHorqinRightWingFrontBanner,XinganLeague137400,InnerMongolia,China;6.LshuiLivestockFarmBreedingCenter,XinganLeague137400,InnerMongolia,China)Abstract:ObjectiveChinaisthemoderndistributionanddifferentiationcenterofSpiraeaplants.S.mediaandS.pubescensaresympatricspeciesofSpiraeadistributedintheforest-grasstransitionzoneof收稿日期:20221222修回日期:20230828基金项目:北京市大学生创新创业项目（S202210022163），国家林业和草原种质资源库（2005DKA21003）。第一作者:宋晴。主要研究方向：草地资源与生态。Email：地址：100083北京市海淀区清华东路35号北京林业大学草业与草原学院。责任作者:王铁梅，博士，副教授。主要研究方向：草地资源保护与利用。Email：地址：同上。本刊网址:http:/；http:/第46卷第3期北京林业大学学报Vol.46，No.32024年3月JOURNALOFBEIJINGFORESTRYUNIVERSITYMar.，2024InnerMongolia,northernChina.Analysisofchloroplastgenomicdifferencesbetweenthetwospeciescanprovideabasisforidentifyingplantrelativesinthesamegenus.MethodInthisstudy,thecompletechloroplastgenomesequencesofthetwospecieswereobtainedbyassemblyandannotationusingsecond-generationsequencingtechnologyandIlluminaNovaseq6000platform,andthesequencestructureswereanalyzed using bioinformatics methods to construct phylogenetic trees.Result The total length ofchloroplastgenomeofS.mediawas155916bpwith36.72%totalGCcontent,andthetotallengthofchloroplastgenomeofS.pubescenswas155942bpwith36.76%totalGCcontent.Bothwereannotatedtoobtain130genes,111ofwhichwereunique,containing78protein-codinggenes,29tRNAgenesand4rRNAgenes.S.mediaandS.pubescensdetected238and241simplerepeats,respectively,withcodonpreferenceendinginAorUovercodonpreferenceendinginGorCandthegenomicvariationregionsweremainly distributed in non-coding regions.They were both with the largest number of codons encodingleucineandtheleastnumberofcodonsencodingcysteine.Thephylogenetictreeshowedthatthesetwospeciesformedasistergroup,andhadarelativelycloserelation.SpiraeaandSibiraeawerecloselyrelated,showingasistergrouprelationship.ConclusionTheresultsofthestudycanprovidebasicinformationforthephylogeny,taxonomicidentificationandresourcedevelopmentandutilizationofSpiraea.Key words:Spiraea pubescens;Spiraea media;chloroplastgenome;phylogeny绣线菊属（Spiraea）植物为蔷薇科绣线菊亚科多年生落叶灌木，全世界约有 100 余种，主要分布于北温带，我国约有 70 余种，主要分布在内蒙古、四川、甘肃等地区1。部分绣线菊属植物的叶片、种子和根部均可入药，研究表明，该属植物中含有的生物碱类、黄酮类等成分具有抗菌消炎、抗氧化、抗病毒等多种生物活性24。土庄绣线菊（Spiraea pubescens）广泛分布于内蒙古、黑龙江、新疆等地区，不仅是蒙医经验用药材，还是蒙古族传统的代茶植物，具有消肿、抗疲劳、保护肝脏等多种功效56。欧亚绣线菊（Spiraea media）分布范围与土庄绣线菊相似，近年来一些研究表明，欧亚绣线菊叶和花的提取物含有丰富的多酚物质，具有良好的抗氧化性7。完整的叶绿体基因组 DNA（chloroplastgenomeDNA，cpDNA）最早从烟草（Nicotiana tabacum）8和地钱（Marchantia polymorpha）9中测得，通常为双链环状四分体分子，含有一个大单拷贝序列（longsinglecopy，LSC）、一个小单拷贝序列（smallsimplecopy，SSC）及 2 个反向重复序列（invertedrepeats，IRs）。IRs 由 IRa 和 IRb 构成10，结构较为稳定，大小差异受反向重复区长度变异影响1112。与核基因组比较，高等植物叶绿体基因组具有结构稳定、分子量小、母系遗传等特点1315，被广泛应用于物种鉴定分类、系统进化发育、遗传多样性分析等研究中1620。绣线菊属植物在形态学水平上相似性较高，仅凭花序、花粉等形态和解剖学特征难以对其进行准确地分类和鉴定2122。DNA 条形码是目前一种常用的物种鉴定方法，叶绿体基因 DNA 片段，如 matK、rbcL、psbA trnH，是广泛应用的 DNA 条形码2324，可以利用一个或几个片段快速、准确地识别物种，已成功应用于黄芪（Astragalus membranaceus）23、钩藤（Uncaria rhynchophylla）24、鸡血藤（Spatholobussuberectus）25等药材的鉴定。但受到杂交、辐射进化、多倍化等因素的影响，不少类群的分析结果仍有一定的局限性，因此，有学者提出将全叶绿体基因组序列即超级条形码用于近缘物种鉴定26，利用其母系遗传的特点获得更丰富的遗传信息和更高的物种分辨能力，这可以为绣线菊属植物的识别鉴定提供更加科学有效的手段。本研究基于二代测序技术，对土庄绣线菊和欧亚绣线菊的完整叶绿体基因组序列进行组装、注释和分析，揭示其基本特征，讨论近缘物种的系统发育关系，以期为绣线菊属植物的种质资源鉴定、资源利用保护等方面提供数据。1材料与方法1.1 材料对位于内蒙古自治区科尔沁右翼前旗的内蒙古林草过渡区草原国家长期科研基地草原灌丛化固定样地（海拔 748m，464130N，1203035E）内的欧亚绣线菊（标本编号：20220801）和土庄绣线菊（标本编号：20220802）进行取样，选取无病虫害、生长状况良好的健康植株，采集 35 片新鲜嫩叶置于装有变色硅胶的密封袋中保存，用于叶绿体基因组测序。同时从 NCBI 数据库中下载 15 个绣线菊亚科的其他物种、12 个与两种绣线菊同域分布的其他蔷薇科物种以及 1 个同域分布的桦木科物种的叶绿体基因组序列信息，构建系统发育树（表 1）。104北京林业大学学报第46卷1.2 研究方法1.2.1叶绿体全基因组的 DNA 提取与测序从两种绣线菊叶片中提取 DNA，利用 IlluminaNovaseq6000 平台对提取的 DNA 进行双端（PE）测序。叶绿体基因组 DNA 的提取与测序均由南京集思慧远生物科技有限公司完成。1.2.2叶绿体基因组的组装、注释和提交利用 fastp 软件对原始数据进行过滤，去除低质量 reads 后获得有效数据。利用 SPAdesv3.10.1 进行组装，kmer 分别使用 55、87、121，组装不依赖参考基因组。使用 SSPACE 和 Gapfillerr 获得支架（scaffolds）并填充缺口（gaps）。选择蔷薇科绣线菊属植物珍珠绣线菊（Spiraea thunbergii，NC_064734）的叶绿体基因组序列作为参考序列进行组装后的质控。使用 prodigalv2.6.3 注释叶绿体的蛋白质编码基 因（protein-coding genes，CDS），使 用 hmmerv3.1b2 软件预测 rRNA，使用 aragornv1.2.38 预测tRNA。根据 NCBI 上已经公布的近缘物种，提取其基因序列，然后使用 blastv2.6 比对组装的序列，检查并去除冗余、错误的注释确定多外显子边界，获得最终的注释。将注释完成的序列提交到 GenBank 数据库，获得土庄绣线菊和欧亚绣线菊的登录号，分别为 OP649568 和 OP649569，最后使用 OGDRAW 制作叶绿体基因组图谱。1.2.3叶绿体基因组的简单重复序列和密码子偏好性分析使用 vmatchv2.3.0 软件进行正向、反向、回文和互补 4 种类型的散在重复序列的检测，其中最小长度（minimumlength）设为 30bp，海明距离（hammingdistance）设为 3。使用 MISA 软件分析简单重复序列（simplerepeats，SSR），参数设置为：18（单碱基重复 8 次及以上），25，33，43，53，63。使用自行编写 Perl 的脚本计算同义密码子相对使用度（relativesynonymouscodonusage，RSCU）。表128 种植物叶绿体基因组 GenBank 登录号Tab.1GenBankaccessionNo.ofchloroplastgenomesof28species物种Species科Family亚科Subfamily属Genus登录号AccessionNo.Spiraea insularis蔷薇科Rosaceae绣线菊亚科Spiraeoideae绣线菊属SpiraeaMT412405.1三裂绣线菊Spiraea trilobata蔷薇科Rosaceae绣线菊亚科Spiraeoideae绣线菊属SpiraeaMW822176.1绣球绣线菊Spiraea blumei蔷薇科Rosaceae绣线菊亚科Spiraeoideae绣线菊属SpiraeaMN418904.1蒙古绣线菊Spiraea mongolica蔷薇科Rosaceae绣线菊亚科Spiraeoideae绣线菊属SpiraeaMT732945.1珍珠绣线菊Spiraea thunbergii蔷薇科Rosaceae绣线菊亚科Spiraeoideae绣线菊属SpiraeaON357873.1粉花绣线菊Spiraea japonica蔷薇科Rosaceae绣线菊亚科Spiraeoideae绣线菊属SpiraeaMZ981784.1星毛珍珠梅Sorbaria sorbifoliavar.stellipila蔷薇科Rosaceae绣线菊亚科Spiraeoideae珍珠梅属SorbariaMN026875.1华北珍珠梅Sorbaria kirilowii蔷薇科Rosaceae绣线菊亚科Spiraeoideae珍珠梅属SorbariaMT528154.1光叶珍珠梅Sorbaria arborea蔷薇科Rosaceae绣线菊亚科Spiraeoideae珍珠梅属SorbariaMN901450.1窄叶鲜卑花Sibiraea angustata蔷薇科Rosaceae绣线菊亚科Spiraeoideae鲜卑花属SibiraeaMT982125.1Aruncus aethusifolius蔷薇科Rosaceae绣线菊亚科Spiraeoideae假升麻属AruncusMZ882398.1假升麻Aruncus dioicusvar.kamtschaticus蔷薇科Rosaceae绣线菊亚科Spiraeoideae假升麻属AruncusMW115132.1风箱果Physocarpus amurensis蔷薇科Rosaceae绣线菊亚科Spiraeoideae风箱果属PhysocarpusMK911770.1白鹃梅Exochorda racemosa蔷薇科Rosaceae绣线菊亚科Spiraeoideae白鹃梅属ExochordaOL449947.1齿叶白鹃梅Exochorda serratifolia蔷薇科Rosaceae绣线菊亚科Spiraeoideae白鹃梅属ExochordaMZ981786.1北悬钩子Rubus arcticus蔷薇科Rosaceae蔷薇亚科Rosoideae悬钩子属RubusOL891648.1库页悬钩子Rubus sachalinensis蔷薇科Rosaceae蔷薇亚科Rosoideae悬钩子属RubusMW085086.1山刺玫Rosa davurica蔷薇科Rosaceae蔷薇亚科Rosoideae蔷薇属RosaMW381769.1路边青Geum aleppicum蔷薇科Rosaceae蔷薇亚科Rosoideae路边青属GeumOK509085.1龙芽草Agrimonia pilosa蔷薇科Rosaceae蔷薇亚科Rosoideae龙芽草属AgrimoniaMT040192.1地榆Sanguisorba officinalis蔷薇科Rosaceae蔷薇亚科Rosoideae地榆属SanguisorbaMF678801.1全缘栒子Cotoneaster integerrimus蔷薇科Rosaceae苹果亚科Maloideae栒子属CotoneasterMZ475328.1黑果栒子Cotoneaster melanocarpus蔷薇科Rosaceae苹果亚科Maloideae栒子属CotoneasterMK561977.1山荆子Malus baccata蔷薇科Rosaceae苹果亚科Maloideae苹果属MalusKX499859.1花红Malus asiatica蔷薇科Rosaceae苹果亚科Maloideae苹果属MalusMW115593.1花楸树Sorbus aucupariasubsp.pohuashanensis蔷薇科Rosaceae苹果亚科Maloideae花楸属SorbusON478195.1金露梅Dasiphora fruticosa蔷薇科Rosaceae夹竹桃亚科Apocynaceae金露梅属DasiphoraMF683841.1虎榛子Ostryopsis davidiana桦木科Betulaceae虎榛子属OstryopsisMG386376.1注：“”表示在电子版中国植物志上查询不到该物种的中文名。下同。Notes:“”representsthattheChinesenameofthespeciescannotbequeriedintheelectronicFlora Reipublicae Popularis Sinicae.Thesamebelow.第3期宋晴等：内蒙古林草过渡区欧亚绣线菊和土庄绣线菊叶绿体基因组比较研究1051.2.4叶绿体基因组序列比较分析利用软件 IRscope 对 2 种绣线菊及其同属 6个物种叶绿体基因组的 4 个区域（LSCIRb、IRbSSC、SSCIRa 和 IRaLSC）的边界信息进行分析，观察 IR 边界扩张与收缩的现象。使用 mVISTA 在线工具对叶绿体基因组进行可视化对比分析，模式采用 shuffleLAGAN。使用 DNAsp5 软件分析叶绿体基因组的核苷酸多样性。1.2.5叶绿体基因组的系统发育分析选取已发表的蔷薇科和桦木科共 30 个叶绿体基因组序列（包含本研究新测得的 2 种绣线菊叶绿体基因组序列），进行系统发育树构建，利用 MAFFT软件对物种叶绿体基因组进行多序列比对，将比对好的数据用RAxMLv8.2.10 软件，选用GTRGAMMA模型，rapidbootstrap 分析，bootstrap=1000，采用最大似然法构建系统发育树。2结果与分析2.1 欧亚绣线菊和土庄绣线菊叶绿体基因组结构与基本特征测序得到的欧亚绣线菊和土庄绣线菊叶绿体基因组均为双链环状 4 分区域结构，如图 1 所示，由ndhFrpl32trnL-UAGccsAndhHndhDpsaCndhEndhGndhIndhArps15ycf1trnR-ACGtrnR-ACGycf1trnN-GUUrrn5rrn4.5rrn23trnA-UGCtrnI-GUArrn16trnV-GACrps12rps7ndhBtrnL-CAAycf2trnI-CAUrpl23rpl12trnN-GUUrrn5rrn4.5rrn23trnA-UGCtrnI-GUArrn16trnV-GACrps12rps7ndhBtrnL-CAAycf2trnH-GUGpsbAtrnK-UUUmatKrps16trnQ-UUGtrnS-GCUpsbIpsbKtrnG-UCCtrnR-UCUatpAatpFatpHatpIrps2rpoC2rpoC1rpoBtrnC-GCApetNpsbMtrnD-GUCtrnY-GUAtrnE-UUCtrnT-GGUpsbDpsbCpsbZtrnS-UGAtrnfM-CAUrps14trnG-GCCpsaBpsaAycf3trnS-GUCrps4trnT-UGUtrnL-UAAtrnF-GAAndhJndhKndhCtrnV-UACtrnM-CAUatpEatpBatpBrbcLaccDpsaIycf4cemApsbJpsbLpsbFpsbEtrnW-CCAtrnP-UGGpetLpetGpsaJrpl33rps18rpl20rps12clpPpsbBpsbTpsbHpsbNpetBpetDpetDpetAtrnI-CAUrpl23rpl12rps3rps8rps11rpl16rpl14rpl36rpoArps19rpl22ndhFrpl32trnL-UAGccsAndhHndhDpsaCndhEndhGndhIndhArps15ycf1trnR-ACGtrnR-ACGycf1trnN-GUUrrn5rrn4.5rrn23trnA-UGCtrnI-GUArrn16trnV-GACrps12rps7ndhBtrnL-CAAycf2trnI-CAUrpl23rpl12trnN-GUUrrn5rrn4.5rrn23trnA-UGCtrnI-GUArrn16trnV-GACrps12rps7ndhBtrnL-CAAycf2trnH-GUGpsbAtrnK-UUUmatKrps16trnQ-UUGtrnS-GCUpsbIpsbKtrnG-UCCtrnR-UCUatpAatpFatpHatpIrps2rpoC2rpoC1rpoBtrnC-GCApetNpsbMtrnD-GUCtrnY-GUAtrnE-UUCtrnT-GGUpsbDpsbCpsbZtrnS-UGAtrnfM-CAUrps14trnG-GCCpsaBpsaAycf3trnS-GUCrps4trnT-UGUtrnL-UAAtrnF-GAAndhJndhKndhCtrnV-UACtrnM-CAUatpErbcLaccDpsaIycf4cemApsbJpsbLpsbFpsbEtrnW-CCAtrnP-UGGpetLpetGpsaJrpl33rps18rpl20rps12clpPpsbBpsbTpsbHpsbNpetBpetAtrnI-CAUrpl23rpl12rps3rps8rps11rpl16rpl14rpl36rpoArps19rpl22欧亚绣线菊Spiraea media叶绿体基因Chloroplast genome155 916 bp土庄绣线菊Spiraea pubescens叶绿体基因Chloroplast genome155 942 bp光系统 I Photosystem I光系统 II Photosystem II细胞色素 b/f 复合体 Cytochrome b/f complex合成酶 ATP synthase ATPNADH 脱氢酶 NADH dehydrogenase二磷酸核酮糖羧化酶大亚基 RubisCO large subunit聚合酶 RNA polymerase RNA核糖体小亚基 Ribosomal small subunit(SSU)核糖体大亚基 Ribosomal large subunit(LSU)编码蛋白酶、成熟酶的基因 Genes encoding proteases,maturase clpP,matK其他基因 Other genes假定叶绿体阅读框 Hypothetical chloroplast reading frames转运 RNAs Transfer RNAs核糖体 RNAs Ribosomal RNAs图1欧亚绣线菊、土庄绣线菊的叶绿体基因组图谱Fig.1GenemapofSpiraea mediaandSpiraea pubescenschloroplastgenomes106北京林业大学学报第46卷1 个 LSC、1 个 SSC 和 1 对 IRs（IRA和 IRB）组成。欧亚绣线菊叶绿体序列全长为 155916bp，LSC长度为 84390bp，SSC 长度为 18842bp，IRs 长度为 26342bp，总 GC 含量为 36.72%；土庄绣线菊叶绿体序列全长为 155942bp，LSC 长度为 84361bp，SSC 长度为 18895bp，IRs 长度为 26343bp，总 GC含量为 36.76%（表 2）。2 种绣线菊的 GC 含量均为IRsLSCSSC，这是由于 IR 区含有较多的核糖体 RNA（rRNA）和转运 RNA（tRNA）。本研究中 2 种绣线菊叶绿体基因组均注释得到130 个基因，其中 111 个基因是独有的，包含 78 个CDS、29 个 tRNA 基因和 4 个 rRNA 基因，未发现基因丢失和大片段缺失现象。表 3 显示：叶绿体中的基因有多种功能，3 种功能基因分别为自我复制相关基因、光合作用相关基因和其他基因。除去 IRs 区重复基因，2 种绣线菊叶绿体基因中表2欧亚绣线菊、土庄绣线菊叶绿体基因组碱基组成Tab.2BasecompositionofchloroplastgenomeofS.media andS.pubescens区域Region欧亚绣线菊S.media土庄绣线菊S.pubescens长度Length/bpA/%T/%G/%C/%GC/%长度Length/bpA/%T/%G/%C/%GC/%大单拷贝序列LSC8439031.9833.4616.8517.7234.578436131.9433.4516.8817.7334.61小单拷贝序列SSC1884234.7834.9914.2915.9430.231889534.7134.9214.3316.0330.36反向重复序列bIRb2634228.7928.7222.0120.4942.502634328.7728.7222.0220.4842.50反向重复序列aIRa2634228.7228.7820.4922.0142.502634328.7228.7720.4822.0242.50总量Total15591631.2332.0518.0318.7036.7215594231.2032.0418.0518.7236.76表3欧亚绣线菊、土庄绣线菊叶绿体基因组注释信息Tab.3AnnotationinformationofthechloroplastgenomeofS.mediaandS.pubescens基因功能Genefunction基因分组Genegroup基因名称Genename自我复制Self-replication核糖体蛋白大亚基Proteinsoflargeribosomalsubunitrpl14,rpl16*,rpl2*（2）,rpl20,rpl22,rpl23（2）,rpl32,rpl33,rpl36核糖体蛋白小亚基Proteinsofsmallribosomalsubunitrps11,rps12*（2）,rps14,rps15,rps16*,rps18,rps19,rps2,rps3,rps4,rps7（2）,rps8RNA聚合酶RNApolymeraserpoA,rpoB,rpoC1*,rpoC2核糖体RNARibosomalRNAsrrn16（2）,rrn23（2）,rrn4.5（2）,rrn5（2）转运RNATransferRNAstrnA UGC*（2）,trnC GCA,trnD GUC,trnE UUC,trnF GAA,trnG GCC,trnG UCC*,trnH GUG,trnI CAU（2）,trnI GAU*（2）,trnK UUU*,trnL CAA（2）,trnL UAA*,trnL UAG,trnM CAU,trnN GUU（2）,trnP UGG,trnQ UUG,trnR ACG（2）,trnR UCU,trnS GCU（2）,trnS UGA,trnT GGU,trnT UGU,trnV GAC（2）,trnV UAC*,trnW CCA,trnY GUA,trnfM CAU光合作用Photosynthesis光合系统PhotosystempsaA,psaB,psaC,psaI,psaJ光合系统PhotosystempsbA,psbB,psbC,psbD,psbE,psbF,psbH,psbI,psbJ,psbK,psbL,psbM,psbN,psbT,psbZNADH脱氢酶亚基SubunitsofNADHdehydrogenasendhA*,ndhB*（2）,ndhC,ndhD,ndhE,ndhF,ndhG,ndhH,ndhI,ndhJ,ndhK细胞色素b/f复合体Cytochromeb/fcomplexpetA,petB*,petD*,petG,petL,petNATP合酶亚基SubunitsofATPsynthaseatpA,atpB,atpE,atpF*,atpH,atpI二磷酸核酮糖羧化酶大亚基LargesubunitofrubiscorbcL其他基因Othergenes成熟酶MaturasematK蛋白酶ProteaseclpP*胞膜蛋白基因EnvelopemembraneproteincemA乙酰CoA羧化酶AcetylCoAcarboxylaseaccDC型细胞色素合成基因CtypecytochromesynthesisgeneccsA未知功能基因Genesofunknownfunction保守的假定开放阅读框架Conservedhypotheticalchloroplastopenreadingframeycf1（2）,ycf2（2）,ycf3*,ycf4注：*表示一个内含子；*表示两个内含子；（2）表示两次拷贝。Notes:*meansoneintron;*meanstwointrons;(2)meanstwocopies.第3期宋晴等：内蒙古林草过渡区欧亚绣线菊和土庄绣线菊叶绿体基因组比较研究107均 有 内 含 子 存 在，11 个 CDS 基 因（atpF、clpP、ndhA、ndhB、petB、petD、rpl16、rpl2、rpoC1、rps12、rps16）和 6 个 tRNA 基因（trnA UGC、trnG UCC、trnI GAU、trnK UUU、trnL UAA、trnV UAC）含有 1 个内含子，1 个 CDS 基因（ycf3）含有 2 个内含子。2.2 欧亚绣线菊和土庄绣线菊叶绿体基因组的重复序列分析经检测，发现欧亚绣线菊和土庄绣线菊叶绿体基因组都包含正向重复（F 型）、反向重复（R 型）、回文重复（P 型）以及互补重复（C 型）4 种类型（表 4）。两种绣线菊叶绿体基因组中，大多数重复序列的长度都在 3039bp 之间。欧亚绣线菊叶绿体基因组鉴定到 45 个长度在 3050bp 之间的重复序列，包括 15 个正向重复（14 个 3039bp，1 个 4049bp）、24 个回文重复（20 个 3039bp，3 个 4049bp，1 个 5059bp）、5 个反向重复（3039bp）和 1 个互补重复（3039bp）；土庄绣线菊叶绿体基因组共鉴定到 42 个长重复序列，包括 15 个正向重复（14个 3039bp，1 个 4049bp）、23 个回文重复（19个 3039bp，3 个 4049bp，1 个 5059bp）、3 个反向重复（3039bp）和 1 个互补重复（3039bp）。简单重复序列分析表明，欧亚绣线菊叶绿体基因组上有 238 个 SSR 位点，包含 158 个单核苷酸、5 个二核苷酸、70 个三核苷酸和 8 个四核苷酸。土庄绣线菊叶绿体基因组包含 241 个 SSR 基因位点，包含 154 个单核苷酸、6 个二核苷酸、68 个三核苷酸、10 个四核苷酸（表 5）。两种绣线菊的 SSR 在基因间隔区、蛋白编码区均有分布，此外，大多数的SSR 片段位于 LSC 区域，其次是 IR 和 SSC 区域，二者均以单核苷酸和三核苷酸重复为主，A 或 T 单核苷酸重复次数最多。2.3 欧亚绣线菊和土庄绣线菊叶绿体基因组密码子偏好性分析密码子的偏好性体现了同义密码子使用的不平等性，不同物种的基因组同义密码子使用率差异很大，使用频率高的密码子是“偏好密码子”。当 RSCU1 时，表示该密码子使用频率较高。欧亚绣线菊和土庄绣线菊叶绿体基因组中均有 85 个蛋白编码基因，分别有 26514 和 26519 个密码子，二者密码子使用模式相似。如图 2 所示，两种绣线菊的 CDS 中，编码亮氨酸（Leucine，Leu）的密码子含量最多，半胱氨酸（Cysteine，Cys）密码子含量最低，其中甲硫氨酸（Methionine，Met）和色氨酸（Tryptophan，Trp）仅有1 个密码子编译。最常用的同义密码子是编码异亮氨酸（Isoleucine，Ile）的 AUU，使用最少的是编码半胱氨酸的 UGC。RSCU1 的密码子共 31 种，其中29 种以 A 或 U 结尾，这与 SSR 分析结果一致。表明两种绣线菊叶绿体基因组对 A 或 U 结尾的密码子偏好性高于 G 或 C 结尾的密码子。2.4 8 种绣线菊属植物叶绿体基因组边界分析叶绿体基因组为环形结构，IR 与 LSC 和 SSC存在 4 个边界，即 JLB（LSC-IRb）、JSB（IRb-SSC）、JSA（SSC-IRa）和 JLA（IRa-LSC）。本研究比较了土庄绣线菊、欧亚绣线菊及其 6 种同属近缘物种的边界差异情况，各物种边界所处位置基本相似（图 3）。JLB（LS