小檗屬植物葉綠體基因組序列結構及系統發育分析

李述成，郭生虎，貝盞臨

? 藥材與資源 ?

小檗屬植物葉綠體基因組序列結構及系統發育分析

李述成1，郭生虎2，貝盞臨3*

1. 寧夏農林科學院 寧夏 銀川 750002 2. 寧夏農林科學院 農業生物技術研究中心 寧夏 銀川 750002 3. 北方民族大學 生物科學與工程學院 寧夏 銀川 750021

了解小檗屬植物葉綠體基因組成及結構特征，為小檗屬的系統發育及基因組進化研究提供參考。獲取小檗屬9個物種的葉綠體基因組，利用生物信息學方法比較葉綠體基因組間的結構特征與變異程度，并以小檗科的桃兒七屬3個物種的葉綠體基因組為外類群分析了小檗屬的系統發育關系。小檗屬9個種的葉綠體基因組均為雙鏈環形結構，均包含1個大單拷貝區（large single-copy，LSC）、1個小單拷貝區（small single-copy，SSC）以及2個反向重復區（IRa和IRb）。葉綠體基因組大小差異較小，最大差異為1984 bp?；蚺帕许樞蚧疽恢?，各基因數量相對保守，其中核糖體RNA（rRNA）數量最為保守，均為8個。此外，小檗屬葉綠體基因組在序列長度、基因組成以及GC含量等方面相對保守，但4個邊界存在明顯的多樣性。小檗屬葉綠體基因組中非基因編碼區存在較大差異，變異程度較高，而基因編碼區差異較小，具有較高的保守性。在葉綠體基因組4個部分中，SSC區的變異程度最高，IRa區的變異程度最低。小檗屬葉綠體基因組中包括、、、、、、、、、、和12個含內含子的蛋白編碼基因。大部分基因的編碼區長度較為保守，但在內含子長度或編碼區長度均存在少量改變。十大功勞組是最先從小檗屬中分離出來，是小檗屬的原始組。在十大功勞組中阿里山十大功勞和安坪十大功勞與其他小檗屬物種存在較遠的親緣關系。而其余小檗屬物種可分為2支，威寧小檗為1支；黃蘆木和朝鮮小檗為1支。小檗屬葉綠體基因組具有較高的保守性，其基因排列順序基本一致，未檢測到大規模的倒位或基因重排，但其IR區與單拷貝區（single-copy，SC）邊界存在明顯的多樣性?；谌~綠體基因組構建的系統發育樹在一定程度上可以揭示小檗屬物種的系統發育關系。

小檗屬；葉綠體基因組；變異；進化；系統發育

葉綠體（chloroplast）作為質體（plastid）中的一種類型，其基因組大小多為150～200 kb，且結構較為保守[1]。葉綠體基因組大多可劃分為4個邊界區：一個大單拷貝（large single-copy，LSC）和一個小單拷貝（small single-copy，SSC）區域以及通過基因組中的連接位點（junction sites，JS）連成的2個相同的反向重復序列區IR（inverted repeat，IRa和IRb）[2]，其編碼約有120～130個基因，在基因組中只有一小部分由非編碼基因區間組成，使得功能基因具有相當大的進化信號，作為高純化來抵消不具關鍵進化重要性的部分基因的壓力[3]。葉綠體細胞器通過有氧呼吸和光合作用確保了在真核細胞中發揮的關鍵作用。而在細胞起源于獨立的復雜性的內共生事件中，葉綠體細胞器一直都能保持自己的基因組不變化，是一個非常重要的特性[4-5]。然而，最近的研究表明，葉綠體基因組的基因可能不像以前認為的那樣緊密相連，也可能會經受不同的進化力量影響[6]。使得葉綠體基因作為種分類、系統發育、種起源以及避難所等研究中的依據，而被廣泛應用。

小檗屬L.是小檗科（Leguminosae）中最大的一個屬[7]，該屬大約由500種植物組成[8]。依據植物地理分布，Schneider將小檗屬植物分為2組，中隔小檗屬和澳大利亞小檗屬[9]。中隔小檗屬（舊大陸）由約300種組成，主要分布在歐亞大陸，但延伸至北美（2種）和北非（4種）。澳大利亞類群（新大陸）包含約200種物種，其中大部分分布在南美洲，少數分布在中美洲[10]。在中亞大多數物種則多集中在喜馬拉雅地區，從巴基斯坦延伸到中國西部，再延伸到中國中部和南部，其中在中國區域的約有250種物種。以上這些地理分組都是基于物種形態特征進行的分組[9]。小檗屬植物大多含有生物堿，其中最主要的生物堿是“小檗堿”[11]，這些生物堿對霍亂、腹瀉、阿米巴病、瘧疾和利什曼病具有活性[12]，具有很高的藥用價值。此外，一些小檗屬植物能被當作高價值的木材染料，另一些則可被當作食用的漿果。在中國民間醫藥中小檗屬植物也常被使用，但該屬物種在形態學特征識別較為困難，因此在使用時需要通過多種方法弄清小檗屬物種類別。比如近期有研究報道小檗屬植物中國特有中藥威寧小檗L.[13]是通過葉綠體全基因組的分析方法，對該物種進行了分類。此外，來自阿根廷圖庫馬地區的小檗屬一新種L.，也是通過其DNA序列進行了系統發育位置的評估，最后被證實為南美洲小檗屬其他物種的一個外類群[14]。評估物種系統發育位置也可以通過以其葉綠體基因為研究對象進行界定與分析。因此，形態學特征識別較為困難的小檗屬物種，也可以利用其綠體基因組序列分析系統發育和DNA條形碼作為依據鑒定該屬植物。

本項研究對小檗屬9個物種的葉綠體基因組結構和組成進行了界定與分析，并通過該屬9個種的葉綠體基因組進行系統進化樹的構建，為小檗屬物種的鑒定以及進一步研究小檗屬的系統發育進化提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 數據收集

通過美國國家生物信息中心（The National Center for Biotechnology Information，NCBI）數據庫（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/）檢索小檗科的小檗屬物種和桃兒七屬物種的葉綠體全基因組序列信息。共檢索到小檗屬9個種信息，桃兒七屬植物3個種信息。下載檢索到的物種的葉綠體基因組序列、名稱、基因組登錄號，見表1。

表1 小檗屬和桃兒七屬物種的葉綠體基因組Genbank登記號

Table 1 Chloroplast Genbank accession numbers of species in Berberis and Sinopodophyllum

物種GenBank登記號文獻 阿里山十大功勞B. oiwakensis HayataMN73522115 安坪十大功勞B. ganpinensis H.Lév.MN41730716 闊葉十大功勞B. bealei Fortune [Mahonia bealei (Fort.) Carr.]MH79530817 長柱十大功勞B. duclouxiana Gagnep. (Mahonia duclouxiana) isolate RC602MZ08677018 十大功勞B. fortunei (Lindl.) FeddeMH79530719 黃蘆木B. amurensis Rupr var. quelpaertensis Nakai KM05737620 朝鮮小檗B. koreana PalibKM05737521 威寧小檗B. weiningensis T. S. YingMW01836322 具芒小檗B. aristata DC.MN74630823 桃兒七Sinopodophyllum hexandrum Roylevoucher SHEXA20200817MT98239624 桃兒七S. hexandrum RoyleMG59304824 桃兒七S. hexandrum Roylevoucher SHEX20150512KR77999424

1.2 方法

采用Geneious10.2.2軟件[25]統計了小檗屬9個物種的葉綠體基因組序列的4個邊界（SSC、LSC、IRa和IRb區域）長度和基因數目類型、GC含量等信息。采用R語言4.1.1和Chloroplot軟件[26]生成小檗屬9個物種葉綠體基因組圖譜，并進行了手動檢查。采用R語言4.1.1和IRscope軟件[27]對小檗屬9個物種4個邊界的收縮與擴張進行可視化分析。通過Python3.10.1進行文件注釋后，采用mVISTA軟件[28]，并選用檢測基因重排和倒位的全局比對模式（Shuffle-LAGAN），以十大功勞作為參考基因組，對小檗屬另外8個物種葉綠體全基因組序列同源性進行了比較研究。采用Geneious10.2.2軟件中Mauve多重基因組比對法對小檗屬9個物種的葉綠體基因組進行共線性比較。

1.3 系統發育分析

本研究采用BioEdit 7.2.5軟件[29]比對了9種小檗屬物種，并基于IQ-tree中RaxML法（random axelerated maximum likelikhood）[30]，以桃兒七屬3個物種為外類群，利用自助抽樣法（bootstrap method）進行重復抽樣檢驗，并重復檢驗1000次，構建出系統發育樹。構建系統發育樹所選物種的詳細信息見表1。

2 結果與分析

2.1 小檗屬葉綠體基因組結構的基本特征

小檗屬9個物種葉綠體基因組圖譜（圖1）。小檗屬9個物種葉綠體基因組均為雙鏈環形結構，均具有4個邊界區（1個SSC、1個LSC、1個IRa和1個IRb），9個物種的葉綠體基因組范圍在164 774～166 758 bp，其中最大的是朝鮮小檗，最小的是具芒小檗，最大與最小差為1984 bp。SSC長為18 563～18 773 bp，LSC長為73 286～73 774 bp，2個相同的反向重復序列IRa和IRb長為36 375～37 152 bp。小檗屬9個物種葉綠體基因組的GC含量均為38%，無差異（圖2）。

小檗屬9個物種葉綠體基因組比較結果（圖2）。小檗屬9個物種葉綠體基因組較為保守，總基因數為95～104個，安坪十大功勞、長柱十大功勞具芒小檗的總基因數最多，黃蘆木和朝鮮小檗的總基因數最少。rRNA（核糖體RNA）的數量均為8個，最為恒定保守。tRNA（轉運RNA）的數量為34～38個，其中安坪十大功勞為34個。蛋白編碼基因數為49～62個，其中安坪十大功勞的蛋白編碼基因為62個，黃蘆木和朝鮮小檗的蛋白編碼基因均為49個。

2.2 小檗屬葉綠體基因組IR與SC邊界

小檗屬葉綠體基因組雖然在序列長度、基因組成以及GC含量等方面相對穩定保守，但4個邊界區的過渡區域卻存在有多樣性（圖3）。小檗屬9個物種的IRb-LSC邊界，其中十大功勞、長柱十大功勞、闊葉十大功勞、安坪十大功勞、具芒小檗、威寧小檗均位于B的編碼區，而黃蘆木和朝鮮小檗則基因缺失。除了威寧小檗、黃蘆木和朝鮮小檗外，小檗屬其他種IRb-SSC邊界均在基因間區內或的編碼區。小檗屬9個種的IRa-SSC邊界，除了黃蘆木、朝鮮小檗和威寧小檗外，其他種均位于基因內。阿里山十大功勞安坪十大功勞闊葉十大功勞、長柱十大功勞十大功勞、具芒小檗的IRa區均有R基因。此外，小檗屬9個物種的IRa-LSC邊界具有較高的保守性，其邊界均位于B與tRNA-His（H）基因的基因間區。P的編碼均在LSC區，F的編碼均在SSC區，N的編碼均在IRa區。

圖2 小檗屬9個物種的葉綠體基因組的基本特征

圖3 小檗屬9個物種葉綠體基因組的IR與SC邊界比較

2.3 小檗屬葉綠體基因組序列變異分析

本研究采用mVISTA軟件[28]，并選用檢測基因重排和倒位的全局比對模式（Shuffle-LAGAN），以阿里山十大功勞作為參考基因組，對小檗屬另外8個物種葉綠體全基因組序列同源性進行了比較研究（圖4）。結果表明，小檗屬9個物種葉綠體基因組4個部分排列順序較為一致、保守性較高，在非基因編碼區存在有較明顯的差異，變異程度較高，其中LSC區的變異程度最高。而在基因編碼區差異不明顯，在IRa區的變異程度最低，具有較高的保守性。小檗屬葉綠體基因組中在、、J、D、、、、、、、、、以及B等基因的編碼區存在顯著差異。

2.4 小檗屬葉綠體基因組內含子分析

小檗屬9個物種的葉綠體基因組中內含子編碼序列（coding sequences，CDS）長度和基因（gene length）全長見表2。小檗屬9個物種的葉綠體基因組中共檢測到12個含內含子的蛋白編碼基因：、、、、、、、、、、和。在這12個含內含子的蛋白編碼基因中，內含子長度或編碼序列長度等因素均會直接影響到整個基因長度的變化。在小檗屬9個物種中基因的編碼序列長度一致，而基因長度存在少量改變?；虻木幋a序列在安坪十大功勞、黃蘆木朝鮮小檗中沒有重復，而在阿里山十大功勞、闊葉十大功勞、長柱十大功勞、十大功勞、威寧小檗、具芒小檗等其它6個種內則有重復。此外5種基因的編碼也沒有重復，而在4種基因的編碼則均有重復。除了基因外，其它各基因在內含子長度或編碼序列長度均存在少量改變。

2.5 小檗屬的葉綠體基因組共線性分析

采用Mauve多重基因組比對法檢測小檗屬9個種的葉綠體基因組的重排和共線性（圖5），通過多重基因組比對法檢測出9個種的葉綠體基因組之間有3個局部共線塊（locally collinear block，LCB），這表明小檗屬9個種之間的基因組具有高度的相似性。小檗屬9個種的葉綠體全基因組序列的比對顯示，小檗屬9個種的葉綠體基因組之間沒有重排或倒置，然在區域（73 000～110 000；130 000～165 000）中觀察到常見的突變，其特征是在對齊的葉綠體基因組中基因序列的高度變異。

圖4 小檗屬9種葉綠體基因序列比對分析

2.6 系統發育分析

根據本研究中9個小檗屬物種的葉綠體基因組，并另選擇了來自小檗科桃兒七屬3個物種的葉綠體基因組為外類群構建系統發育樹（圖6）。在系統發育樹中，可確定為不包括外類群物種的2個主要分支：十大功勞組與具芒小檗組。十大功勞組為一個單系，有很好的支持率（100%），支系中的支持率大于90%；而具芒小檗組為另外一個單系，有很好的支持率（100%），支系中的支持率不低于100%，具芒小檗與威寧小檗、朝鮮小檗、黃蘆木具有密切的關系。黃蘆木和朝鮮小檗的親緣關系最密切。結果表明，葉綠體基因組構建的系統發育樹可用于小檗屬9個物種植物的鑒定。

3 討論

質體基因組（plastome）是重建綠色植物系統發育[31]最重要的數據來源，最近的核基因系統基因組分析普遍也支持以前基于質體的假設[32-33]。作為質體類型之一的葉綠體，其結構與序列具有高度保守性[34-35]。反向重復結構IR區在高等植物葉綠體基因組較為常見的區，IR區的長短常會影響到葉綠體基因組內同源序列線性順序的重排[36]。因此，IR區的長度在維持葉綠體基因組的穩定性中起到重要作用[37-38]。

表2 小檗屬9種植物的葉綠體基因組中內含子的編碼序列長度和基因全長

Table 2 CDS length and gene length of intron of chloroplast genomes in nine species of Berberis

內含子基因阿里山十大功勞安坪十大功勞闊葉十大功勞長柱十大功勞十大功勞黃蘆木朝鮮小檗威寧小檗具芒小檗 rps12CDS length372/372372372/372372/372372/372372372372/372372/372 Gene length908/908372980/980980/980980/980908908980/980980/980 rps16CDS length237237237237237237237237237 Gene length113211321134113311311133113311321133 rpl2CDS length837/993816/816852/855816/456852/855816/816816/816810/810852/855 Gene length1493/14931475/14751475/14751475/11151475/14751475/14751475/14751469/14691475/1475 rpl16CDS length408/408420/408408/408408/408408/408408/408408/408411/408408/408 Gene length1239/12391239/12391238/12381237/12371237/12371234/12341234/1234411/12381239/1239 rpoC1CDS length205520522046204320462064206420762046 Gene length279927992799279927992824282428242804 petBCDS length648/660654/648660/660648/648660/660660/660660/660648/660660/660 Gene length1417/14171417/14171417/14171417/14171424/14241424/14241424/14241424/14241424/1424 petDCDS length546/54660/504504/504546/504504/504504/504504/504546/504507/507 Gene length546/546693/11871187/1187546/11871187/11871187/11871187/1187546/11871190/1190 ndhBCDS length1536/16381536/16381626/16291536/15361626/16291638/15361638/15361536/15361626/1629 Gene length2228/22282228/22282228/22282228/22282228/22282227/22272227/22272227/22272227/2227 ndhACDS length110710951098109510981095109510951098 Gene length213921362136214121412135213321432143 atpFCDS length570555558555558570570555558 Gene length128012801279128012791280128012801277 clpPCDS length642612606642606606606606606 Gene length209620762074210720792080207620702065 ycf3CDS length510507510510510510510510510 Gene length198119801979197919801980198119821980

圖5 小檗屬9個物種的葉綠體全基因組比對

圖6 小檗屬葉綠體基因組序列構建的系統發育樹

本研究利用小檗屬9個種的葉綠體基因組，對小檗屬內種的葉綠體基因組進行比較分析，9個物種葉綠體基因組均為雙鏈環形結構，均具有4個邊界（1個SSC、1個LSC、1個IRa和1個IRb），9個物種的葉綠體基因組長度在164 kp左右，最大和最小差為1984 bp。SSC長度在18 kp左右，LSC長度在73 kp左右，而2個相同的反向重復序列IRa和IRb的長度范圍在36～37 kp。因此小檗屬種葉綠體基因組較為恒定，具有較高的保守性。雖然大多數高等被子植物葉綠體基因組IR區中的基因突變率常低于位于2個長短單拷貝區中的基因[39]，但是葉綠體基因組中2個反向重復序列區與長、短單拷貝區的邊界會存在擴張與收縮，也會像基因和內含子的缺失一樣影響到葉綠體基因組從而顯示出高的突變性。

小檗屬植物葉綠體基因組具有較高的保守性，所研究的小檗屬9個物種的葉綠體基因組排列順序基本一致，未檢測到大規模的倒位或基因重排，但根據研究結果發現小檗屬9個物種的葉綠體基因組中的IR與SC邊界顯示也有存在明顯的擴張與收縮。此外，小檗屬葉綠體基因組中有內含子的蛋白編碼基因12個，基因長度變異主要是因為內含子長度或編碼序列長度的變化，編碼區差異性較小基因保守性則會較高。小檗科自被建立為屬以來，其分類以及系統發育研究備受關注。前人對小檗屬的系統發育研究多集中在屬間系統發育關系方面，對于小檗屬內的系統發育分析仍有待進一步研究。本研究通過構建小檗屬物種系統發育樹，通過支持率可將小檗屬種劃分為2個主要分支：十大功勞組與具芒小檗組。并且2個主要分支及其直系分支的支持率均不低于92%。因此，葉綠體全基因組序列分析在一定程度上可以支持小檗屬的系統發育關系，可為進一步的系統發育與進化研究提供依據。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突

[1] Neuhaus H E, Emes M J. Nonphotosynthetic metabolism in plastids [J]., 2000, 51: 111-140.

[2] Shinozaki K, Ohme M, Tanaka M,. The complete nucleotide sequence of the tobacco chloroplast genome: Its gene organization and expression [J]., 1986, 5(9): 2043-2049.

[3] Wu C S, Lai Y T, Lin C P,. Evolution of reduced and compact chloroplast genomes (cpDNAs) in gnetophytes: Selection toward a lower-cost strategy [J]., 2009, 52(1): 115-124.

[4] Ponce-Toledo R I, Deschamps P, López-García P,. An early-branching freshwater cyanobacterium at the origin of plastids [J]., 2017, 27(3): 386-391.

[5] Martijn J, Vosseberg J, Guy L,. Deep mitochondrial origin outside the sampled alphaproteobacteria [J]., 2018, 557(7703): 101-105.

[6] Gon?alves D J P, Simpson B B, Ortiz E M,. Incongruence between gene trees and species trees and phylogenetic signal variation in plastid genes [J]., 2019, 138: 219-232.

[7] Kim Y D, Kim S H, Landrum L R. Taxonomic and phytogeographic implications from ITS phylogeny in(Berberidaceae) [J]., 2004, 117(3): 175-182.

[8] Ahrendt L W A.and Mahonia A taxonomic revision [J]., 1961, 57(369): 1-410.

[9] Schneider C. Die gattung Berberis (Euberberis): vorarbeiten für eine monographie [M].:, 1905: 33-48.

[10] Landrum L R. Revision of(Berberidaceae) in Chile and adjacent southern[J]., 1999, 86(4): 793.

[11] Bottini M C J, De Bustos A, Sanso A M,. Relationships in Patagonian species of(Berberidaceae) based on the characterization of rDNA internal transcribed spacer sequences [J]., 2007, 153(3): 321-328.

[12] Singh P B, Ambasta S S, Tripathi V N,. Blunt renal injury: An experience of 30 cases [J]., 1986, 17(4): 228-229.

[13] Feng T, Xiao Q Y, Li W J,. The complete chloroplast genome of(Berberidaceae), an endemic and traditional Chinese medicinal herb [J]., 2021, 6(3): 1175-1177.

[14] Gori M, Biricolti S, Pedrazzani S,.OR Dantur, S. Radice, E. Giordani, A. apini sp. nov. (Berberidaceae): A new species [J]., 2021, 68(5): 1799-1808.

[15] Icon P l.[M].():, 1916, 6: 1.

[16] Gard CFortune [J].:, 1850, 4: 212.

[17] Bull S.Gagnep [M].:, 1908, 55: 87.

[18] John L.Lindl [J].. 1846, 1: 231.

[19] Bull B.Rupr in Bull [J]., 1857, 15: 260.

[20] Trudy I S.Palib. [J]., 1899, 17: 22.

[21] Ying T S.[J]., 1999, 37(4): 326.

[22] Parmar C, Kaushai M K.DC. [J]., 1821, 2: 8.

[23] Royle J F.Royle in Illustr [J]., 1834, 2(1): 64.

[24] Kearse M, Moir R, Wilson A,. Geneious Basic: An integrated and extendable desktop software platform for the organization and analysis of sequence data [J]., 2012, 28(12): 1647-1649.

[25] Zheng S Y, Poczai P, Hyv?nen J,. Chloroplot: An online program for the versatile plotting of organelle genomes [J]., 2020, 11: 576124.

[26] Amiryousefi A, Hyv?nen J, Poczai P. IRscope: An online program to visualize the junction sites of chloroplast genomes [J]., 2018, 34(17): 3030-3031.

[27] Frazer K A, Pachter L, Poliakov A,. VISTA: computational tools for comparative genomics [J]., 2004, 32 (Web Server issue): W273-W279.

[28] Hall T, Biosciences I, Carlsbad C. BioEdit: An important software for molecular biology [J]., 2011, 2(1): 60-61.

[29] Nguyen L T, Schmidt H A, von Haeseler A,. IQ-TREE: A fast and effective stochastic algorithm for estimating maximum-likelihood phylogenies [J]., 2015, 32(1): 268-274.

[30] Davis C C, Xi Z X, Mathews S. Plastid phylogenomics and green plant phylogeny: Almost full circle but not quite there [J]., 2014, 12: 11.

[31] Zeng L P, Zhang Q, Sun R R,. Resolution of deep angiosperm phylogeny using conserved nuclear genes and estimates of early divergence times [J]., 2014, 5: 4956.

[32] Wickett N J, Mirarab S, Nguyen N,. Phylotranscriptomic analysis of the origin and early diversification of land plants [J]., 2014, 111(45): E4859-E4868.

[33] Chumley T W, Palmer J D, Mower J P,. The complete chloroplast genome sequence ofx: Organization and evolution of the largest and most highly rearranged chloroplast genome of land plants [J]., 2006, 23(11): 2175-2190.

[34] Serrano M, Wang B J, Aryal B,. Export of salicylic acid from the chloroplast requires the multidrug and toxin extrusion-like transporter EDS5 [J]., 2013, 162(4): 1815-1821.

[35] Palmer J D, Thompson W F. Rearrangements in the chloroplast genomes of mung bean and pea [J]., 1981, 78(9): 5533-5537.

[36] Guisinger M M, Kuehl J V, Boore J L,. Extreme reconfiguration of plastid genomes in the angiosperm family Geraniaceae: Rearrangements, repeats, andusage [J]., 2011, 28(1): 583-600.

[37] Hirao T, Watanabe A, Kurita M,. Complete nucleotide sequence of theD. Don. chloroplast genome and comparative chloroplast genomics: Diversified genomic structure of coniferous species [J]., 2008, 8: 70.

[38] Maier R M, Neckermann K, Igloi G L,. Complete sequence of the maize chloroplast genome: Gene content, hotspots of divergence and fine tuning of genetic information by transcript editing [J]., 1995, 251(5): 614-628.

[39] Dempewolf H, Kane N C, Ostevik K L,. Establishing genomic tools and resources for(L.f.) Cass.—the development of a library of expressed sequence tags, microsatellite loci, and the sequencing of its chloroplast genome [J]., 2010, 10(6): 1048-1058.

Chloroplast genome sequences and phylogenetic analysis ofgenus

LI Shu-cheng1, GUO Sheng-hu2, BEI Zhan-lin3

1. NingXia Academy of Agricultural and Forestry Sciences, Yinchuan 750002, China 2. Agri-Biotechnology Research Centre, NingXia Academy of Agricultural and Forestry Sciences, Yinchuan 750002, China 3. School of Biological Science and Engineering, North Minzu University, Yinchuan 750021, China

To understand the chloroplast gene composition and structural characteristics of, so as to provide reference for the phylogeny and genome evolution of.The chloroplast genomes of nine species ofwere obtained. The structural characteristics and variation degree of chloroplast genomes were compared by bioinformatics methods. The phylogenetic relationship ofwas analyzed by taking the chloroplast genomes of three species ofas an outgroup.The chloroplast genomes of nine species ofhad a double stranded ring structure, including a long single copy region (LSC), a short single copy region (SSC) and two reverse repeats (IRa and IRb). The difference of chloroplast genome size was small, and the maximum difference was 1984 bp. The sequence of genes was basically the same, and the number of genes was relatively conservative, among which the number of ribosomal RNA (rRNA) was the most conservative, with eight genes each. In addition, the chloroplast genome ofwas relatively conservative in sequence length, gene composition and GC content, but there was obvious diversity in the four boundaries. The non gene coding regions in the chloroplast genome ofhad great differences and high degree of variation, while the gene coding regions had small differences and high conservatism. Among the four parts of chloroplast genome, the variation degree of SSC region was the highest and that of IRA region was the lowest. The chloroplast genome ofincluded 12 protein coding genes containing intron such as,,,,,,, ndhB,,,and. The length of coding region of most genes was conservative, but there were a few changes in intron length or coding region length.group was the first isolated from, which was the original group of. In theformation,andwere far related to otherspecies. The other species ofcan be divided into two branches, andwas one branch;andwere one branch.The chloroplast genome ofis highly conservative, and its gene sequence is basically the same. No large-scale inversion or gene rearrangement is detected, but there is obvious diversity at the boundary between IR region and single copy region (SC). The phylogenetic tree based on chloroplast genome can reveal the phylogenetic relationship ofspecies to a certain extent.

L.;chloroplast genome;variation;evolution;phylogeny

R286.12

A

0253 - 2670(2022)03 - 0818 - 09

10.7501/j.issn.0253-2670.2022.03.022

2021-10-03

國家自然科學基金資助項目（31860086）；寧夏自然科學基金資助項目（2021AAC03190）；農業高質量發展和生態保護科技創新示范課題（NGSB-2021-9-01）；自主科研項目（NKYZZ-J-19-07）

李述成（1972—），男，碩士研究生，研究方向為農業經濟管理。Tel: 13037963679 E-mail: nxnlkxy1166@163.com

貝盞臨（1975—），男，碩士，副研究員，研究方向為藥用植物資源。Tel: (0951)2067508 E-mail: realpal0047@163.com

[責任編輯 時圣明]