• 中文核心期刊
  • CSCD来源期刊
  • 中国科技核心期刊
  • CA、CABI、ZR收录期刊

濒危植物峨眉凤仙花叶绿体基因组分析

赵秋燕, 曹孟会, 李新艺, 周敏, 魏春梅, 张茜, 瞿素萍, 黄海泉, 黄美娟

赵秋燕,曹孟会,李新艺,等. 濒危植物峨眉凤仙花叶绿体基因组分析 [J]. 福建农业学报,2023,38(2):174−182. DOI: 10.19303/j.issn.1008-0384.2023.02.007
引用本文: 赵秋燕,曹孟会,李新艺,等. 濒危植物峨眉凤仙花叶绿体基因组分析 [J]. 福建农业学报,2023,38(2):174−182. DOI: 10.19303/j.issn.1008-0384.2023.02.007
ZHAO Q Y, CAO M H, LI X Y, et al. Complete Chloroplast Genome of Endangered Impatiens omeiana [J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences,2023,38(2):174−182. DOI: 10.19303/j.issn.1008-0384.2023.02.007
Citation: ZHAO Q Y, CAO M H, LI X Y, et al. Complete Chloroplast Genome of Endangered Impatiens omeiana [J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences,2023,38(2):174−182. DOI: 10.19303/j.issn.1008-0384.2023.02.007

濒危植物峨眉凤仙花叶绿体基因组分析

基金项目: 国家自然科学基金项目(32060364、32060366、31860230);云南省重大科技专项(202102AE090052);云南省园林植物遗传改良与高效繁育博士生导师团队和云南省中青年学术和技术带头人培养项目(503210103、2015HB046、2018HB024)
详细信息
    作者简介:

    赵秋燕(1995−),女,硕士,研究方向:园林植物资源调查及分析(E-mail:1378219465@qq.com

    通讯作者:

    黄美娟(1972−),女,博士,教授,博士生导师,研究方向:园林植物研究(E-mail:xmhhq2001@163.com

  • 中图分类号: S685.99;Q943.2

Complete Chloroplast Genome of Endangered Impatiens omeiana

  • 摘要:
      目的  对峨眉凤仙花(Impatiens omeiana Hook.f.)叶绿体基因组的结构特征及系统发育进行研究,为其资源保护及开发利用提供理论依据。
      方法  基于峨眉凤仙花叶绿体基因组序列,利用生物信息学软件,对叶绿体基因组进行组装、注释、基因特征、序列重复和系统发育分析。
      结果  峨眉凤仙花完整的叶绿体基因组长度为152527 bp,共有130个基因,包括86个蛋白质编码基因、8个rRNA基因和36个tRNA基因,GC含量为37%,且具有保守的四分体结构,包括大单拷贝区、小单拷贝区各1个和2个相同的反向重复区域,其长度分别为83150、17903、25 737 bp,其中13个基因有1个内含子,2个基因有2个内含子。特征分析表明:峨眉凤仙花叶绿体全基因组中共检测到76个SSR序列,且多以A/T单核苷酸序列为主,其长度为10~91 bp;检测到50842个密码子,其中以亮氨酸(Leu)最多,色氨酸(Tyr)最少;密码子偏好性分析显示33个RSCU≥1的密码子多数以A/U结尾。通过邻接法(NJ)构建系统发育树发现,峨眉凤仙花与贵州凤仙花亲缘关系最近,均属于棒凤仙花亚属植物。
      结论  峨眉凤仙花叶绿体基因组呈典型的四分体结构,SSR序列以A/T单碱基为主;系统发育分析结果将其归为棒凤仙花亚属,上述结果为峨眉凤仙花系统发育学地位及物种鉴定工作提供了重要的分子信息。
    Abstract:
      Objective   Chloroplast genome structure and phylogeny of the endangered Impatiens omeiana Hook.f. endemic species in China were studied.
      Method  Gene assembly, annotation, characteristics, sequence duplication, and phylogenetics of I. omeiana were analyzed based on the chloroplast genome sequence using bioinformatic software.
      Results   The genome was 152527 bp consisting of 130 gene, including 86 protein-coding, 8 rRNA, and 36 tRNA genes. It had a GC content of 37% and a conservative tetrad structure with regions of a large single-copy of 83150 bp, a small single-copy of 17903 bp, and two identical reverse repeats of 25 737 bp. Thirteen of the genes had one intron, and two had two. There were 76 SSR sequences detected in the genome mainly of A/T single nucleotides with a length ranging from 10 bp to 91 bp. A total of 50842 codons were found in the entire genome. Among the amino acids, leucine (Leu) was the most numerous and tryptophan (Tyr) the least. A codon bias analysis showed those of 33 RSCU>1 had A/U on their ends. Using the Neighbor Joining method (NJ), a phylogenetic tree was constructed based on the chloroplast genomes from different plants to show a close relationship of I. omeiana with I. guizhouensis belonging to the subgenus Clavicarpa.
      Conclusion  The chloroplast genome of I. omeiana had a typical tetrad structure of many SSR repeated sequences with A/T single base. Phylogenetically, I. omeiana was a Clavicarpa subgenus. These results provide important molecular information for the phylogenetic status and species identification of I. omeiana.
  • 【研究意义】峨眉凤仙花(Impatiens omeiana)为凤仙花科(Balsaminaceae)凤仙花属(Impatiens)多年生植物,具总状花序、侧生萼片4枚和果实棒状等特征,是古特有种的典型代表,并被世界自然保护联盟列为濒危物种,分布于峨眉山、洪雅和天全等地,生长在海拔1000 m左右的灌木林下或路旁沟渠[1]。峨眉凤仙花可用于花境营造、花坛装饰或植物专类园等,同时其全株均可入药,具有很好的开发和利用价值[2]。植物分子系统学研究的基本方法是对植物特定的DNA序列进行同源性比较及构建系统发育树,以此来探讨物种间的系统演化关系。叶绿体基因组研究可为植物物种鉴定、起源、进化、遗传多样性分析和资源保护与利用提供基础[3,4]。【前人研究进展】凤仙花科有2个属:水角属Hydrocera(单种属)和凤仙花属;其中凤仙花属植物约有1000种,而我国已知的约有256种[5]。有关叶绿体的起源,普遍接受的是“内共生”学说(Endosymbiotic theory),祖先为蓝藻(Cyanobacerium)这一古细菌[6],其原因在于叶绿体基因组为母系遗传,比线粒体基因组及核基因组具有更为保守的结构特征[7]。叶绿体基因组呈现出不同的构型,以闭合环状DNA分子为典型,其结构非常保守,通常表现为一个四分体结构[8],由两个相同的反向重复序列(IRs)将大、小单拷贝区(LSC、SSC)分开,整个叶绿体基因组大小在72~217 kb,大多数完整的叶绿体基因组包含110~130个不同的基因。自1986年,烟草(Nicotinan tabacum)和苔藓植物地钱(Marchantia polymorpha)的叶绿体基因组被报道,标志着人们首次成功获得了叶绿体完整基因组[9]。目前凤仙花属植物在国内主要参考YU等[10]的分类依据,将其分为两个亚属:凤仙花亚属(subg. Impatiens)和棒凤仙花亚属(subg. Clavicarpa[11]。多数研究学者以形态特征和基因片段进行分类[12-15],其中形态学易受环境影响,基因片段仅能反映部分遗传信息,其结果可靠性存在一定的片面性,难以真正解决物种之间的分类学等相关问题;而叶绿体全基因组由于其数据量大且遗传信息更丰富,可为植物分类及系统发育等提供更加丰富可靠的数据与理论依据。【本研究切入点】目前,作为濒危植物的峨眉凤仙花叶绿体基因组信息缺乏,有关其分类地位及系统发育学研究尚缺乏科学依据,影响其进一步保护及开发利用。【拟解决的关键问题】本研究利用高通量测序技术获得峨眉凤仙花叶绿体基因组序列,并对其结构特征以及系统发育进行分析,为峨眉凤仙花资源保护、物种鉴定、系统发育及开发利用等提供一定的基础数据和理论依据。

    峨眉凤仙花(I. omeiana)叶片采集于四川峨眉山(29°59′21″ N,103°36′46″ E),放于硅胶中保存备用。

    采用百泰克生物技术有限公司试剂盒提取植物叶片总DNA,将总DNA随机打断、末端修复和接头连接构建500 bp的测序文库,交由安诺优达基因科技有限公司进行测序,并对原始数据进行加工处理,最终获得Clean data。

    利用GetOrganelle1.7.5.0[16]进行峨眉凤仙花叶绿体基因组的组装;使用在线软件Cpgavas2(https://www.herbalgenomics.org/cpgavas2[17]和Chloroplot(https://irscope.shinyapps.io/Chloroplot/[18]对其进行注释和物理图谱绘制;峨眉凤仙花叶绿体基因组序列上传至NCBI(GenBank登录号OP676074)。

    使用在线软件MISA(https://webblast.ipk-gatersleben.de/misa/index.php[19]对峨眉凤仙花叶绿体基因组简单重复序列(Simple sequence repeats,SSRs)进行分析;通过CodonW1.4.2[20]计算同义密码子使用频率RSCU(Relative synonymous codon usage),参数为默认值。

    利用13种杜鹃花目植物的叶绿体基因组序列,以2种山茱萸目植物作为外类群,使用在线网站MAFFT(https://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/mafft/[21]进行叶绿体基因组序列比对;基于邻接法(Neighbour-Joining,NJ)在MEGA X软件[22]构建系统发育树,参数自展值为1000。

    峨眉凤仙花叶绿体基因组总长度152527 bp,GC含量为37%;呈典型的四分体结构(图1),包含1对IR区、1个LSC区和1个SSC区,其长度分别为25737、83150、17903 bp,GC含量分别为43.1%、34.9%和29.8%。

    图  1  峨眉凤仙花叶绿体基因组图谱
    Figure  1.  Chloroplast genome map of I. omeiana

    研究发现峨眉凤仙花共编码130个基因(表1),包括蛋白质编码基因86个、转运RNA(tRNA)编码基因36个和核糖体RNA(rRNA)编码基因8个。共注释到了4类基因:第一类自我复制基因73个,包括tRNA编码基因36个、rRNA编码基因8个、核糖体小亚基蛋白编码基因15个、核糖体大亚基蛋白编码基因10个、RNA聚合酶亚基编码基因4个;第二类光合作用基因46个,包括光系统Ⅰ基因5个、光系统Ⅱ基因16个、ATP合成酶基因6个、NADH脱氢酶基因12个、细胞色素b/f复合体基因6个、二磷酸核酮糖羧化酶基因1个;第三类生物合成相关基因7个,包括成熟酶基因、囊膜蛋白基因、ATP依赖性蛋白酶等;第四类未知功能基因4个,包含假定叶绿体阅读框4个。

    表  1  峨眉凤仙花叶绿体基因组基因信息
    Table  1.  Information on chloroplast genome of I. omeiana
    基因类别Category of genes基因分类Group of genes基因名称Name of gene
    自我复制Self-replication 核糖体的小亚基Small subunit of ribosome rps11、rps14、rps15、rps16、rps18、rps2、rps3、rps4、rps8、rps7(×2)、rps12(×2)、rps19(×2)
    核糖体的大亚基Large subunit of ribosome rpl14、rpl16、rpl20、rpl22、rpl33、rpl36、rpl2(×2)、rpl23(×2)
    依赖于DNA的RNA聚合酶DNA dependent RNA polymerase rpoA、rpoB、rpoC1、rpoC2
    光合作用Photosynthesis 光系统I亚基Subunits of photosystem I psaA、psaB、psaC、psaI、psaJ
    光系统II亚基Subunits of photosystem II psbA、psbB、psbC、psbD、psbE、psbF、psbI、psbJ、psbK、psbL、psbM、psbN、psbT、psbZ、ycf3
    NADH脱氢酶亚基Subunits of NADH-dehydrogenase ndhA、ndhC、ndhD、ndhE、ndhF、ndhG、ndhH、ndhI、ndhJ、ndhK、ndhB(×2)
    细胞色素b/f复合体Subunits of cytochrome b/f complex petA、petB、petD、petG、petL、petN
    ATP合酶亚基Subunits of ATP synthase atpA、atpB、atpE、atpF、atpH、atpI
    二磷酸核酮糖羧化酶Subunit of rubisco rbcL
    rRNA rRNA 基因rRNA genes rrn5S(×2)、rrn16S(×2)、rrn4.5S(×2)、rrn23S(×2)
    tRNA tRNA基因tRNA genes 36 trn 基因(5 个内含子)
    其他Others 乙酰辅酶A羧化酶亚基Subunit of Acetyl-CoA-carboxylase accD
    C型细胞色素合成酶c-type cytochrom synthesis gene ccsA
    外膜蛋白Envelop membrane protein cemA
    蛋白酶Protease clpP
    翻译起始因子Translational initiation factor infA
    成熟酶Maturase matK
    未知功能Unknown 保守的开放阅读框Conserved open reading frames ycf1、ycf4、ycf2(×2)
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格

    此外,发现峨眉凤仙花叶绿体基因组共有15个基因含有内含子(表2),其中8个蛋白质编码基因和5个tRNA编码基因均含有1个内含子,ycf3clpP蛋白质编码基因含有2个内含子;ycf1基因的内含子最长,为1642 bp,而trnE-UUC基因最短,为32 bp。

    表  2  峨眉凤仙花叶绿体基因组中内含子和外显子位置及长度
    Table  2.  Positions and lengths of introns and exons in chloroplast genome of I. omeiana
    基因名称Gene name起始位置Start/bp终点位置End/bp序列长度Length of sequence/bp
    第一外显子Exon I第一内含子Intron I第二外显子Exon II第二内含子Intron II第三外显子Exon III
    trnK-UUU 1642 4242 37 2528 36
    rps16 4905 5950 40 809 197
    atpF 10711 11913 145 648 410
    rpoC1 19925 22723 432 750 1617
    ycf3 41988 43909 124 711 230 704 153
    trnL-UAA 46816 47428 35 528 50
    trnV-UAC 50658 51332 38 602 35
    accD 56549 58045 648 33 816
    clpP 69103 71130 71 795 294 645 223
    rpl2 83406 84895 391 665 434
    ndhB 93523 95728 775 673 758
    trnE-UUC 101206 102209 32 932 40
    trnA-UGC 102273 103146 37 801 36
    ndhA 118162 120335 547 1088 539
    ycf1 122240 127192 1642 30 3281
    trnA-UGC 132532 133405 37 801 36
    trnE-UUC 133469 134472 32 932 40
    ndhB 139950 142155 775 673 758
    rpl2 150783 152272 391 665 434
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格

    峨眉凤仙花叶绿体基因组中共检测到76个SSR位点,主要包含4种类型(表3),其中以单核苷酸序列出现的次数最多,共有67个(含2个复合型),占比88.16%,均为A/T类型;二核苷酸序列有4个,占比5.26%;三核苷酸序列2个,占比为2.63%;四核苷酸序列有3个,占比3.95%。序列长度在10~ 12 bp,其中最短序列为10 bp,最长序列为91 bp,平均长度为12.51 bp,其中单核苷酸序列的平均长度为11.14 bp;复合型核苷酸序列的平均长度为56.50 bp;二核苷酸序列的平均长度为13.00 bp;三核苷酸序列和四核苷酸序列的平均长度均为12.00 bp。

    表  3  峨眉凤仙花叶绿体基因组SSR类型及分布
    Table  3.  SSR types and distribution of chloroplast genome of I. omeiana
    重复类型Repeat type重复单元Repeat unit重复频率Repetition frequency数量Number不同类型SSR的分布起始位点Distribution initiation loci of different SSR types/bp
    单核苷酸Mononucleotides A 10 15 5313,6149,7515,7680,7924,31792,44011,46201,50989, 55996,70336,80231,108748,133991,137883
    A 11 3 7807,44377,69853
    A 12 5 1803,11479,29832,108859,111109
    A 13 1 111913
    A 14 1 60218
    T 10 14 7133,25317,26410,30416,31579,47674,48233,49787,97786,101678,113939, 126921,69853,126569
    T 11 14 7300,10671,13405,17614,34889,45803,75910,81044,113373,116058,118964,124837,124972,125993
    T 12 8 11343,26853,29527,53623,59969,81205,124351,126808
    T 13 3 77265,79172,109650
    T 14 2 2906,77053
    T 17 1 64052
    二核苷酸Dinucleotides AT 6 2 46389,53926
    TA 7 2 96020,139645
    三核苷酸Trinucleotides ATT 4 2 65188,119570
    四核苷酸Tetranucleotides AATA 3 1 114206
    AATT 3 1 62783
    TTCT 3 1 56243
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格

    峨眉凤仙花叶绿体基因组的蛋白质编码基因共编码50842个密码子(含终止密码子),20种氨基酸,其中最多的是亮氨酸(Leu),有5234个(占10.29%);其次是丝氨酸(Ser)及异亮氨酸(Ile),分别有4626个(占9.10%)和4310个(占8.48%);最少的是色氨酸(Trp),有709个(占1.40%);其中仅2个氨基酸只有1个密码子,其余的为2~6个密码子。

    峨眉凤仙花叶绿体基因的64种密码子中,发现RSCU值≥1.00的密码子有33个,其中出现频率高且以A/U结尾的密码子有28个,以C/G结尾的有5个; RSCU值最高的密码子出现在编码精氨酸(Arg)的AGA(2.03)中。此外,峨眉凤仙花叶绿体基因组偏好性密码子多以A/U结尾,与具有较低GC含量基因组一致(表4)。

    表  4  峨眉凤仙花叶绿体基因组密码子RSCU分布情况
    Table  4.  RSCU distribution of chloroplast genome codons of I. omeiana
    氨基酸Amino acid密码子Codon数量Number密码子偏好性值RSCU氨基酸Amino acid密码子Codon数量Number密码子偏好性值RSCU
    苯丙氨酸Phe UUU 2298 1.24 脯氨酸Pro CCU 649 1.10
    UUC 1397 0.76 CCC 571 0.97
    亮氨酸Leu UUA 1197 1.37 CCA 743 1.26
    UUG 1013 1.16 CCG 388 0.66
    CUU 1058 1.21 苏氨酸Thr ACU 645 1.22
    CUC 659 0.76 ACC 512 0.97
    CUA 838 0.96 ACA 649 1.22
    CUG 469 0.54 ACG 316 0.60
    异亮氨酸Ile AUU 1770 1.23 丙氨酸Ala GCU 522 1.32
    AUC 1033 0.72 GCC 349 0.88
    AUA 1507 1.05 GCA 474 1.20
    蛋氨酸Met AUG 812 1.00 GCG 241 0.61
    缬氨酸Val GUU 786 1.36 甘氨酸Gly GGU 538 0.95
    GUC 409 0.71 GGC 344 0.61
    GUA 709 1.22 GGA 866 1.53
    GUG 413 0.71 GGG 513 0.91
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格
    续上表
    氨基酸Amino acid密码子Codon数量Number密码子偏好性值RSCU氨基酸Amino acid密码子Codon数量Number密码子偏好性值RSCU
    丝氨酸Ser UCU 1130 1.47 组氨酸His CAU 836 1.39
    UCC 854 1.11 CAC 365 0.61
    UCA 1050 1.36 谷氨酰胺Gln CAA 1011 1.36
    UCG 559 0.73 CAG 474 0.64
    AGU 612 0.79 天冬酰胺Asn AAU 1657 1.40
    AGC 421 0.55 AAC 705 0.60
    络氨酸Tyr UAU 1346 1.37 赖氨酸Lys AAA 2241 1.38
    UAC 618 0.63 AAG 1005 0.62
    半胱氨酸Cys UGU 649 1.21 天冬氨酸Asp GAU 1070 1.46
    UGC 425 0.79 GAC 397 0.54
    末端TER UAA 1135 1.13 精氨酸Arg CGU 332 0.64
    UAG 806 0.80 CGC 244 0.47
    UGA 1072 1.07 CGA 603 1.17
    谷氨酸Glu GAA 1323 1.39 CGG 340 0.66
    GAG 585 0.61 AGA 1046 2.03
    色氨酸Trp UGG 709 1.00 AGG 534 1.03.
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格

    基于叶绿体全基因组序列采用邻接(NJ)法构建系统发育树,发现峨眉凤仙花与贵州凤仙花I guizhouensis聚为一支,即棒凤仙花亚属,支持率为96%,表明两者的亲缘关系最近(图2)。

    图  2  基于15个物种叶绿体基因组序列构建的邻接法系统发育树
    Figure  2.  Neighbor Joining phylogenetic tree constructed from chloroplast genome sequences of 15 species

    随着高通量测序技术的快速发展,植物叶绿体基因组序列为物种鉴定及系统发育提供了强有力的遗传信息,并被广泛用于评估物种亲缘关系和遗传多样性等方面[23,24]。本研究发现峨眉凤仙花叶绿体基因组的环状结构分别由2个IR区、1个LSC区和1个SSC区组成,与多数被子植物研究结果一致[24-31];共注释到130个基因,含有86个蛋白编码、8个rRNA和36个tRNA基因,与前人对凤仙花属植物贵州凤仙花I guizhouensis和线萼凤仙花I linearisepala的研究结果相一致[32],表明凤仙花属植物叶绿体基因组具有较高的保守性。

    在叶绿体基因组中SSR也被称之为微卫星序列,是由1~6个核苷酸组成的短串联重复序列,存在于整个真核生物的基因组中,被广泛用于评价遗传多样性、系统发育和物种鉴定等[28]。本研究表明峨眉凤仙花叶绿体基因组中的76个SSR序列中,以单核苷酸重复为主,与多数植物的研究结果一致[29,30],其中A/T碱基重复占多数,与其他物种相似[25-28,31]。叶绿体SSR既有核基因组的多等位性、高多态性和共显性等特点,也有单亲遗传模式的结构简单和相对保守等特点[33],SSR分子标记开发为进一步揭示凤仙花属植物系统发育与进化关系提供有用的分子手段。峨眉凤仙花RSCU值≥1.00的密码子共有33个,其中有28个以A/U结尾,只有5个以C/G结尾,该现象与大多数被子植物类似,密码子多以AU(T)结尾;同时发现峨眉凤仙花与其他高等植物叶绿体基因组相对同义密码子使用度分析结果一致[34]

    叶绿体基因组的遗传方式是母系遗传,其碱基替代率和基因组结构重排事件相对较低,因此常被用于探究物种系统发育关系[35,36]。凤仙花属植物种类繁多,外观形态复杂多样,为该属植物鉴定和系统发育研究带来极大困难。本研究以叶绿体全基因组构建的系统发育树表明峨眉凤仙花与贵州凤仙花聚为一支,同属于凤仙花属中的棒凤仙花亚属,与LUO等[32]构建的系统发育树相吻合,并与YU等[10]基于2个质体atpB rbcL和trnL-F及夏常英[11]基于4个叶绿体片段得到的凤仙花属系统发育树的结果一致。上述结果进一步确定了棒凤仙花亚属在凤仙花属的系统发育位置,也印证了叶绿体基因组系统发育分析方法能很好地适用于凤仙花属植物系统发育分析。

  • 图  1   峨眉凤仙花叶绿体基因组图谱

    Figure  1.   Chloroplast genome map of I. omeiana

    图  2   基于15个物种叶绿体基因组序列构建的邻接法系统发育树

    Figure  2.   Neighbor Joining phylogenetic tree constructed from chloroplast genome sequences of 15 species

    表  1   峨眉凤仙花叶绿体基因组基因信息

    Table  1   Information on chloroplast genome of I. omeiana

    基因类别Category of genes基因分类Group of genes基因名称Name of gene
    自我复制Self-replication 核糖体的小亚基Small subunit of ribosome rps11、rps14、rps15、rps16、rps18、rps2、rps3、rps4、rps8、rps7(×2)、rps12(×2)、rps19(×2)
    核糖体的大亚基Large subunit of ribosome rpl14、rpl16、rpl20、rpl22、rpl33、rpl36、rpl2(×2)、rpl23(×2)
    依赖于DNA的RNA聚合酶DNA dependent RNA polymerase rpoA、rpoB、rpoC1、rpoC2
    光合作用Photosynthesis 光系统I亚基Subunits of photosystem I psaA、psaB、psaC、psaI、psaJ
    光系统II亚基Subunits of photosystem II psbA、psbB、psbC、psbD、psbE、psbF、psbI、psbJ、psbK、psbL、psbM、psbN、psbT、psbZ、ycf3
    NADH脱氢酶亚基Subunits of NADH-dehydrogenase ndhA、ndhC、ndhD、ndhE、ndhF、ndhG、ndhH、ndhI、ndhJ、ndhK、ndhB(×2)
    细胞色素b/f复合体Subunits of cytochrome b/f complex petA、petB、petD、petG、petL、petN
    ATP合酶亚基Subunits of ATP synthase atpA、atpB、atpE、atpF、atpH、atpI
    二磷酸核酮糖羧化酶Subunit of rubisco rbcL
    rRNA rRNA 基因rRNA genes rrn5S(×2)、rrn16S(×2)、rrn4.5S(×2)、rrn23S(×2)
    tRNA tRNA基因tRNA genes 36 trn 基因(5 个内含子)
    其他Others 乙酰辅酶A羧化酶亚基Subunit of Acetyl-CoA-carboxylase accD
    C型细胞色素合成酶c-type cytochrom synthesis gene ccsA
    外膜蛋白Envelop membrane protein cemA
    蛋白酶Protease clpP
    翻译起始因子Translational initiation factor infA
    成熟酶Maturase matK
    未知功能Unknown 保守的开放阅读框Conserved open reading frames ycf1、ycf4、ycf2(×2)
    下载: 导出CSV

    表  2   峨眉凤仙花叶绿体基因组中内含子和外显子位置及长度

    Table  2   Positions and lengths of introns and exons in chloroplast genome of I. omeiana

    基因名称Gene name起始位置Start/bp终点位置End/bp序列长度Length of sequence/bp
    第一外显子Exon I第一内含子Intron I第二外显子Exon II第二内含子Intron II第三外显子Exon III
    trnK-UUU 1642 4242 37 2528 36
    rps16 4905 5950 40 809 197
    atpF 10711 11913 145 648 410
    rpoC1 19925 22723 432 750 1617
    ycf3 41988 43909 124 711 230 704 153
    trnL-UAA 46816 47428 35 528 50
    trnV-UAC 50658 51332 38 602 35
    accD 56549 58045 648 33 816
    clpP 69103 71130 71 795 294 645 223
    rpl2 83406 84895 391 665 434
    ndhB 93523 95728 775 673 758
    trnE-UUC 101206 102209 32 932 40
    trnA-UGC 102273 103146 37 801 36
    ndhA 118162 120335 547 1088 539
    ycf1 122240 127192 1642 30 3281
    trnA-UGC 132532 133405 37 801 36
    trnE-UUC 133469 134472 32 932 40
    ndhB 139950 142155 775 673 758
    rpl2 150783 152272 391 665 434
    下载: 导出CSV

    表  3   峨眉凤仙花叶绿体基因组SSR类型及分布

    Table  3   SSR types and distribution of chloroplast genome of I. omeiana

    重复类型Repeat type重复单元Repeat unit重复频率Repetition frequency数量Number不同类型SSR的分布起始位点Distribution initiation loci of different SSR types/bp
    单核苷酸Mononucleotides A 10 15 5313,6149,7515,7680,7924,31792,44011,46201,50989, 55996,70336,80231,108748,133991,137883
    A 11 3 7807,44377,69853
    A 12 5 1803,11479,29832,108859,111109
    A 13 1 111913
    A 14 1 60218
    T 10 14 7133,25317,26410,30416,31579,47674,48233,49787,97786,101678,113939, 126921,69853,126569
    T 11 14 7300,10671,13405,17614,34889,45803,75910,81044,113373,116058,118964,124837,124972,125993
    T 12 8 11343,26853,29527,53623,59969,81205,124351,126808
    T 13 3 77265,79172,109650
    T 14 2 2906,77053
    T 17 1 64052
    二核苷酸Dinucleotides AT 6 2 46389,53926
    TA 7 2 96020,139645
    三核苷酸Trinucleotides ATT 4 2 65188,119570
    四核苷酸Tetranucleotides AATA 3 1 114206
    AATT 3 1 62783
    TTCT 3 1 56243
    下载: 导出CSV

    表  4   峨眉凤仙花叶绿体基因组密码子RSCU分布情况

    Table  4   RSCU distribution of chloroplast genome codons of I. omeiana

    氨基酸Amino acid密码子Codon数量Number密码子偏好性值RSCU氨基酸Amino acid密码子Codon数量Number密码子偏好性值RSCU
    苯丙氨酸Phe UUU 2298 1.24 脯氨酸Pro CCU 649 1.10
    UUC 1397 0.76 CCC 571 0.97
    亮氨酸Leu UUA 1197 1.37 CCA 743 1.26
    UUG 1013 1.16 CCG 388 0.66
    CUU 1058 1.21 苏氨酸Thr ACU 645 1.22
    CUC 659 0.76 ACC 512 0.97
    CUA 838 0.96 ACA 649 1.22
    CUG 469 0.54 ACG 316 0.60
    异亮氨酸Ile AUU 1770 1.23 丙氨酸Ala GCU 522 1.32
    AUC 1033 0.72 GCC 349 0.88
    AUA 1507 1.05 GCA 474 1.20
    蛋氨酸Met AUG 812 1.00 GCG 241 0.61
    缬氨酸Val GUU 786 1.36 甘氨酸Gly GGU 538 0.95
    GUC 409 0.71 GGC 344 0.61
    GUA 709 1.22 GGA 866 1.53
    GUG 413 0.71 GGG 513 0.91
    下载: 导出CSV
    续上表
    氨基酸Amino acid密码子Codon数量Number密码子偏好性值RSCU氨基酸Amino acid密码子Codon数量Number密码子偏好性值RSCU
    丝氨酸Ser UCU 1130 1.47 组氨酸His CAU 836 1.39
    UCC 854 1.11 CAC 365 0.61
    UCA 1050 1.36 谷氨酰胺Gln CAA 1011 1.36
    UCG 559 0.73 CAG 474 0.64
    AGU 612 0.79 天冬酰胺Asn AAU 1657 1.40
    AGC 421 0.55 AAC 705 0.60
    络氨酸Tyr UAU 1346 1.37 赖氨酸Lys AAA 2241 1.38
    UAC 618 0.63 AAG 1005 0.62
    半胱氨酸Cys UGU 649 1.21 天冬氨酸Asp GAU 1070 1.46
    UGC 425 0.79 GAC 397 0.54
    末端TER UAA 1135 1.13 精氨酸Arg CGU 332 0.64
    UAG 806 0.80 CGC 244 0.47
    UGA 1072 1.07 CGA 603 1.17
    谷氨酸Glu GAA 1323 1.39 CGG 340 0.66
    GAG 585 0.61 AGA 1046 2.03
    色氨酸Trp UGG 709 1.00 AGG 534 1.03.
    下载: 导出CSV
  • [1] 曾小华. 遮荫对野生峨眉凤仙花的影响[D]. 雅安: 四川农业大学, 2016.

    ZENG X H. Effects of shading on wild Impatiens omeiana hook. f. [D]. Yaan: Sichuan Agricultural University, 2016. (in Chinese)

    [2] 袁桃花, 李美君, 任柳伊, 等. 中国野生凤仙花属物种多样性和地理分布数据集 [J]. 生物多样性, 2022, 30(5):118−122.

    YUAN T H, LI M J, REN L Y, et al. A dataset on the diversity and geographical distributions of wild Impatiens in China [J]. Biodiversity Science, 2022, 30(5): 118−122.(in Chinese)

    [3]

    CHOI K S, CHUNG M G, PARK S. The complete chloroplast genome sequences of three veroniceae species (Plantaginaceae): Comparative analysis and highly divergent regions [J]. Frontiers in Plant Science, 2016, 7: 355.

    [4] 苏丹丹, 刘玉萍, 刘涛, 等. 苦马豆叶绿体基因组结构及其特征分析 [J]. 植物研究, 2022, 42(3):446−454.

    SU D D, LIU Y P, LIU T, et al. Structure of chloroplast genome and its characteristics of Sphaerophysa salsula [J]. Bulletin of Botanical Research, 2022, 42(3): 446−454.(in Chinese)

    [5] 相银龙. 川西南凤仙花属Impatiens L. 植物区系及亲缘关系研究[D]. 长沙: 湖南师范大学, 2011.

    XIANG Y L. Study on the flora and phylogeny of Impatiens L. in Southwest Sichuan[D]. Changsha: Hunan Normal University, 2011. (in Chinese)

    [6]

    WERNEGREEN J J. Endosymbiont evolution: Predictions from theory and surprises from genomes [J]. Annals of the New York Academy of Sciences, 2015, 1360(1): 16−35. DOI: 10.1111/nyas.12740

    [7] 陈新露, 赵祥云, WHITE B N, 等. 应用RAPD技术评价丁香品种间遗传关系 [J]. 园艺学报, 1995, 22(2):171−175. DOI: 10.3321/j.issn:0513-353X.1995.02.022

    CHEN X L, ZHAO X Y, WHITE B N, et al. Analysis of genetic relationship among lilacs(Syringa)by RAPD [J]. Acta Horticulturae Sinica, 1995, 22(2): 171−175.(in Chinese) DOI: 10.3321/j.issn:0513-353X.1995.02.022

    [8]

    LI Z Z, SAINA J K, GICHIRA A W, et al. Comparative genomics of the Balsaminaceae sister Genera Hydrocera triflora and Impatiens pinfanensis [J]. International Journal of Molecular Sciences, 2018, 19(1): 319. DOI: 10.3390/ijms19010319

    [9]

    SHINOZAKI K, OHME M, TANAKA M, et al. The complete nucleotide sequence of the tobacco chloroplast genome [J]. Plant Molecular Biology Reporter, 1986, 4(3): 111−148. DOI: 10.1007/BF02669253

    [10]

    YU S X, JANSSENS S B, ZHU X Y, et al. Phylogeny of Impatiens (Balsaminaceae): Integrating molecular and morphological evidence into a new classification [J]. Cladistics:the International Journal of the Willi Hennig Society, 2016, 32(2): 179−197. DOI: 10.1111/cla.12119

    [11] 夏常英. 凤仙花属(Impatiens)棒凤仙花亚属(subg. Clavicarpa)的系统学研究及分类修订[D]. 重庆: 西南大学, 2020.

    XIA C Y. Phylogeny study and taxonomic revision of Impatiens subg. clavicarpa[D]. Chongqing: Southwest University, 2020. (in Chinese)

    [12]

    JANSSENS S B, KNOX E B, DESSEIN S, et al. Impatiens msisimwanensis (Balsaminaceae): Description, pollen morphology and phylogenetic position of a new East African species [J]. South African Journal of Botany, 2009, 75(1): 104−109. DOI: 10.1016/j.sajb.2008.08.003

    [13] 李祥军, 唐文秀, 黄仕训. 桂林大旗瓣凤仙花遗传多样性的ISSR分析 [J]. 广东农业科学, 2013, 40(13):142−144. DOI: 10.3969/j.issn.1004-874X.2013.13.044

    LI X J, TANG W X, HUANG S X. ISSR analysis for genetic diversity of Impatiens macrovexilla in Guilin [J]. Guangdong Agricultural Sciences, 2013, 40(13): 142−144.(in Chinese) DOI: 10.3969/j.issn.1004-874X.2013.13.044

    [14]

    YUAN Y M, YI S, GE X. Impatiens qingchengshanica (Balsaminaceae), a unique new species from China and its phylogenetic position [J]. Botanical Studies, 2011, 52: 225−230.

    [15] 蔡秀珍. 中国凤仙花属Impatiens L. 一些系统学问题的研究[D]. 长沙: 湖南师范大学, 2008.

    CAI X Z. Study on some phylogenetic problems in Impatiens L. of China[D]. Changsha: Hunan Normal University, 2008. (in Chinese)

    [16]

    JIN J J, YU W B, YANG J B, et al. GetOrganelle: A fast and versatile toolkit for accurate de novo assembly of organelle genomes [J]. Genome Biology, 2020, 21(1): 241. DOI: 10.1186/s13059-020-02154-5

    [17]

    SHI L C, CHEN H M, JIANG M, et al. CPGAVAS2, an integrated plastome sequence annotator and analyzer [J]. Nucleic Acids Research, 2019, 47(W1): W65−W73. DOI: 10.1093/nar/gkz345

    [18]

    ZHENG S Y, POCZAI P, HYVÖNEN J, et al. Chloroplot: An online program for the versatile plotting of organelle genomes [J]. Frontiers in Genetics, 2020, 11: 576124. DOI: 10.3389/fgene.2020.576124

    [19]

    THIEL T, MICHALEK W, VARSHNEY R, et al. Exploiting EST databases for the development and characterization of gene-derived SSR-markers in barley (Hordeum vulgare L. ) [J]. Theoretical and Applied Genetics, 2003, 106(3): 411−422. DOI: 10.1007/s00122-002-1031-0

    [20]

    LANGMEAD B, TRAPNELL C, POP M, et al. Ultrafast and memory-efficient alignment of short DNA sequences to the human genome [J]. Genome Biology, 2009, 10(3): R25. DOI: 10.1186/gb-2009-10-3-r25

    [21]

    KATOH K, STANDLEY D M. MAFFT multiple sequence alignment software version 7: Improvements in performance and usability [J]. Molecular Biology and Evolution, 2013, 30(4): 772−780. DOI: 10.1093/molbev/mst010

    [22]

    KUMAR S, STECHER G, LI M, et al. MEGA X: Molecular evolutionary genetics analysis across computing platforms [J]. Molecular Biology and Evolution, 2018, 35(6): 1547−1549. DOI: 10.1093/molbev/msy096

    [23]

    WEN F, WU X Z, LI T J, et al. The complete chloroplast genome of Stauntonia chinensis and compared analysis revealed adaptive evolution of subfamily Lardizabaloideae species in China [J]. BMC Genomics, 2021, 22(1): 161. DOI: 10.1186/s12864-021-07484-7

    [24] 富贵, 刘晶, 李军乔. 密花香薷叶绿体基因组结构及系统进化分析 [J]. 中草药, 2022, 53(6):1844−1853.

    FU G, LIU J, LI J Q. Characterization of chloroplast genome structure and phyletic evolution of Elsholtzia densa [J]. Chinese Traditional and Herbal Drugs, 2022, 53(6): 1844−1853.(in Chinese)

    [25]

    WANG Q, LI W Q, DING B, et al. Characterization of the complete chloroplast genome sequence of Impatiens pritzelii (Balsaminaceae): An endemic species from China [J]. Mitochondrial DNA Part B, 2019, 4(2): 4073−4074. DOI: 10.1080/23802359.2019.1689862

    [26]

    LI B Z, LI Y, LI Z F, et al. The complete chloroplast genome of Impatiens mengtszeana (Balsaminaceae), an endemic species in China [J]. Mitochondrial DNA Part B, 2022, 7(2): 367−369. DOI: 10.1080/23802359.2021.1994894

    [27]

    LUO C, HUANG W L, ZHU J P, et al. The complete chloroplast genome of Impatiens uliginosa Franch., an endemic species in Southwest China [J]. Mitochondrial DNA Part B, 2019, 4(2): 3846−3847. DOI: 10.1080/23802359.2019.1687024

    [28] 赵容, 尹舒悦, 姜诚淏, 等. 马兜铃科药用植物叶绿体基因组比较分析 [J]. 中国中药杂志, 2022, 47(11):2932−2937.

    ZHAO R, YIN S Y, JIANG C H, et al. Comparison of chloroplast genomes of medicinal plants in Aristolochiaceae [J]. China Journal of Chinese Materia Medica, 2022, 47(11): 2932−2937.(in Chinese)

    [29]

    LUO C, LI Y, BUDHATHOKI R, et al. Complete chloroplast genomes of Impatiens cyanantha and Impatiens monticola: Insights into genome structures, mutational hotspots, comparative and phylogenetic analysis with its congeneric species [J]. PLoS One, 2021, 16(4): e0248182. DOI: 10.1371/journal.pone.0248182

    [30] 王仕奇, 王倩倩, 许晓晨, 等. 龙船花叶绿体基因组结构与特征分析[J/OL]. 分子植物育种, 2022: 1-14. (2022-02-25).https://kns.cnki.net/kcms/detail/46.1068.S.20220223.1836.019.html.

    WANG S Q, WANG Q Q, XU X C, et al. Chloroplast genome structure and characterization of Ixora chinensis[J/OL]. Molecular Plant Breeding, 2022: 1-14. (2022-02-25).https://kns.cnki.net/kcms/detail/46.1068.S.20220223.1836.019.html.(in Chinese)

    [31] 钱方, 高作敏, 胡利娟, 等. 海甘蓝(Crambe abyssinica)叶绿体基因组特征及其系统发育研究 [J]. 生物技术通报, 2022, 38(6):174−186.

    QIAN F, GAO Z M, HU L J, et al. Characteristics of Crambe abyssinica chloroplast genome and its phylogenetic relationship in Brassicaceae [J]. Biotechnology Bulletin, 2022, 38(6): 174−186.(in Chinese)

    [32]

    LUO C, HUANG W L, SUN H Y, et al. Comparative chloroplast genome analysis of Impatiens species (Balsaminaceae) in the Karst area of China: Insights into genome evolution and phylogenomic implications [J]. BMC Genomics, 2021, 22(1): 571. DOI: 10.1186/s12864-021-07807-8

    [33] 吴林世, 廖菊阳, 刘艳, 等. 基于高通量测序的羊踯躅叶绿体基因组及SSR序列分析 [J]. 经济林研究, 2022, 40(1):123−131. DOI: 10.14067/j.cnki.1003-8981.2022.01.014

    WU L S, LIAO J Y, LIU Y, et al. Chloroplast genome and SSR sequence analysis of Rhododendron molle based on high throughput sequencing [J]. Non-Wood Forest Research, 2022, 40(1): 123−131.(in Chinese) DOI: 10.14067/j.cnki.1003-8981.2022.01.014

    [34] 杨祥燕, 蔡元保, 谭秦亮, 等. 菠萝叶绿体基因组密码子偏好性分析 [J]. 热带作物学报, 2022, 43(3):439−446. DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2022.03.001

    YANG X Y, CAI Y B, TAN Q L, et al. Analysis of Codon usage bias in the chloroplast genome of Ananas comosus [J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2022, 43(3): 439−446.(in Chinese) DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2022.03.001

    [35] 汤晨茜, 仇志欣, 檀超, 等. 陕甘花楸叶绿体基因组及其与爪瓣花楸的系统关系 [J]. 园艺学报, 2022, 49(3):641−654. DOI: 10.16420/j.issn.0513-353x.2021-0040

    TANG C Q, QIU Z X, TAN C, et al. Sorbus koehneana(Rosaceae): Its complete chloroplast genome and phylogenetic relationship with S. unguiculata [J]. Acta Horticulturae Sinica, 2022, 49(3): 641−654.(in Chinese) DOI: 10.16420/j.issn.0513-353x.2021-0040

    [36] 方琰, 胡莎莎, 张冬群, 等. 球状轮藻叶绿体全基因组的组装与特征分析 [J]. 四川大学学报(自然科学版), 2021, 58(4):181−190. DOI: 10.19907/j.0490-6756.2021.046004

    FANG Y, HU S S, ZHANG D Q, et al. Assembly and characteristic analysis of Chara globularis chloroplast whole genome [J]. Journal of Sichuan University (Natural Science Edition), 2021, 58(4): 181−190.(in Chinese) DOI: 10.19907/j.0490-6756.2021.046004

  • 期刊类型引用(4)

    1. 刘德浩,陈智涛,王高锋,钟小华,周小峰,舒夏竺,王少东,李诗琪. 博罗红豆叶绿体基因组测序与特征分析. 林业与环境科学. 2024(04): 105-113 . 百度学术
    2. 吴民华,叶晓霞,谭靖怡,王燊,沈诗焕,黄琼林. 密花豆叶绿体基因组序列特征及密码子偏好性分析. 南方农业学报. 2023(06): 1633-1645 . 百度学术
    3. 吴民富,李莎,高柔敏,吴民华,黄琼林. 猫尾草叶绿体基因组结构及其解析. 福建农业学报. 2023(09): 1094-1102 . 本站查看
    4. 叶娟,魏升华,何顺志,罗琴,丁宁,王新村,严福林. 珍稀濒危物种无距淫羊藿叶绿体基因组结构特征与系统发育分析. 种子. 2023(11): 30-37+48 . 百度学术

    其他类型引用(0)

图(2)  /  表(5)
计量
  • 文章访问数:  575
  • HTML全文浏览量:  357
  • PDF下载量:  27
  • 被引次数: 4
出版历程
  • 收稿日期:  2022-07-03
  • 修回日期:  2022-10-20
  • 录用日期:  2022-07-03
  • 网络出版日期:  2023-03-27
  • 刊出日期:  2023-02-27

目录

/

返回文章
返回