李巧丽, 延娜, 宋琼, 郭军战^*,
西北农林科技大学林学院, 杨凌 712100
Li Qiaoli, Yan Na, Song Qiong, Guo Junzhan^*,
College of Forestry, Northwest A & F University, Yangling 712100, China
引用本文
李巧丽, 延娜, 宋琼, 郭军战. 鲁桑叶绿体基因组序列及特征分析. 植物学报, 2018, 53(1): 94-103

贡献者
* 通讯作者。E-mail: guojunzhan@163.com
基金资助
西北农林科技大学唐仲英育种基金(No.2013-14);
接受日期:2016-12-13接受日期:2017-03-29网络出版日期:2018-01-20
-->Copyright
2018 《植物学报》编辑部

---

Contributors
* Author for correspondence. E-mail: guojunzhan@163.com

History
Received:Accepted:Online:

---

摘要:鲁桑(Morus multicaulis)是亚洲地区栽培的重要经济作物。以鲁桑品种日本胡橙为实验材料, 利用高通量测序技术对鲁桑叶绿体基因组进行测序, 获得NCBI登录号(KU355297), 并研究鲁桑的叶绿体基因组结构。结合前人对蒙桑(M. mongolica)、印度桑(M. indica)和川桑(M. notabilis)的研究结果, 对鲁桑的系统进化关系进行了探讨。研究结果表明: 鲁桑叶绿体基因组是一个典型的四部分结构, 全长159 154 bp, 共注释130个基因, 包含85个蛋白质编码基因(18个基因在反向重复区重复)、37个转运RNA (tRNA)基因和8个核糖体RNA (rRNA)基因。生物信息学分析表明, 在鲁桑中共搜索到82个SSR位点, 单核苷酸、二核苷酸、三核苷酸、四核苷酸和五核苷酸重复基序个数分别为63、7、2、9和1个, 并没有发现六核苷酸; 其中单核苷酸重复在鲁桑的叶绿体基因组SSR中占76.8%。采用MEGA 6.0软件, 通过最大似然法和近邻结合法对包括4个桑属物种在内的15个物种的叶绿体基因组序列进行聚类分析, 2种方法得到的聚类结果均为鲁桑和蒙桑聚在一起。研究结果对叶绿体基因组工程研究及桑属种间的分子标记开发和优良品种培育具有一定的参考价值。
关键词: 鲁桑 ; 叶绿体基因组 ; 高通量测序 ; 聚类分析

Abstract: Mulberry is an economically important crop in Asia. We determined the complete chloroplast sequence of cultivated species of Morus multicaulis. Ribenhuchen was used as experimental material. High-throughput sequencing was used to sequence the chloroplast genome and the genome structure (NCBI No.: KU355297), and we compared the chloroplast genome with those of reported sibling species (Morus mongolica, M. indica, M. notabilis). The chloroplast genome (cpDNA) of M. multicaulis with a typical quadripartite structure is 159 154 bp long. The cpDNA of M. multicaulis contains 130 genes, including 85 protein coding genes (18 genes duplicated in the inverted repeat regions), 37 transfer RNA genes and 8 ribosomal RNA genes. There are 82 simple sequence repeats, and the number of mono-, di-, tri-, tetra-, pentanucleotide repeat motifs is 63, 7, 2, 9, and 1, with no hexanucleotide repeat sequences. Mono-nucleotide repeat sequences accounted for 76.8% of the cpDNA of simple sequence repeats. MEGA 6.0 was used to construct the phylogenetic tree of 15 species and for cluster analysis of Morus plants. M. multicaulis and M. mongolica were clustered into one group. The research results have reference value for chloroplast genome research, molecular marker development and breeding of mulberry.

Key words:Morus multicaulis ; chloroplast genome ; high-throughput sequencing ; cluster analysis


叶绿体是绿色植物和藻类进行光合作用必不可少的细胞器, 其基因信息在最近几年变得越来越重要(Nazareno et al., 2015)。叶绿体基因组是由4部分组成的环状双链结构(伞藻除外), 包括2个相同的反向重复序列, 被1个大的单拷贝区和1个小的单拷贝区分开(Jansen et al., 2005)。质体长度范围为120- 2 500 kb, 包含110-130个基因(Huang et al., 2013; Ruhlman and Jansen, 2014)。随着测序技术的发展和进步, 目前在GenBank中可检索到1 000多个物种的完整叶绿体基因组序列。叶绿体基因顺序和结构由于具有高度保守的特性(Temnykh et al., 2001; Leseberg and Duvall, 2009)而成为植物系统发育进化研究的重要标记。近年来, 已有大量的叶绿体基因组序列被广泛研究。

桑属(Morus)在中国和印度分布最广, 几千年来进行大面积的商业化种植。桑属包含很多种, 如野生种蒙桑(M. mongolica)、印度桑(M. indica)以及栽培种鲁桑(M. multicaulis)等(Ravi et al., 2006)。果桑喜光, 幼时稍耐阴; 喜温暖湿润气候, 耐寒; 抗旱能力、耐水湿能力和土壤的适应性强; 耐瘠薄和轻碱性, 喜土层深厚、肥沃土壤; 根系发达, 抗风能力强, 有较强的抗烟尘能力。然而, 由于桑属植物生长在不同的生态环境中, 不同种间很容易杂交, 导致其遗传背景比较复杂。利用传统的形态学分类方法难以确定其真实的生物学特性。因此, 有必要探索更有效的方法来识别桑属植物中密切相关的种群。DNA条形码基于DNA序列, 可以作为物种识别的可靠工具(Hebert et al., 2003; 闫化学和于杰, 2010)。由于序列高度保守, 叶绿体基因是区分物种间遗传差异的重要方法。随着测序技术的发展, 高通量测序技术作为一种高效的方法, 推动了绿色植物完整叶绿体基因组研究的进步。在过去几年中, 已有3个野生桑属的叶绿体基因组全序列完成测序, 分别是川桑(M. notabilis)、蒙桑和印度桑。

本研究通过高通量测序确定了栽培种鲁桑的叶绿体基因组全序列, 找到并分析其叶绿体简单重复序列(simple sequence repeats, SSR)。桑属叶绿体基因组序列的鉴定可为桑属植物进化关系研究提供重要参考。

1 材料与方法1.1 实验材料以鲁桑(Morus multicaulis Loud.)栽培品种日本胡橙为实验材料。供试桑品种的叶片采自西北农林科技大学桑树实验苗圃。2015年12月采集样品的一年生枝条在室内水培, 然后选取嫩芽用于DNA提取(冯丽春等, 1997)。

1.2 实验方法1.2.1 总DNA的提取
本实验使用TIANGEN植物基因组快速提取试剂盒, 提取完整且纯度较高的鲁桑DNA, 具体操作步骤如下。
(1) 取新鲜材料1.2 g, 液氮处理后充分研磨, 将粉末转移至50 mL离心管中。加入LP1液400 μL×12= 4 800 μL, 加入RNase (10 mg∙mL^-1) 6 μL×12=72 μL涡旋振荡混匀。37°C水浴30分钟。(2) 加入LP2液130 μL×12=1 560 μL。涡旋振荡1分钟, 以充分混匀。(3) 12 000 ×g离心10分钟, 吸取上清。(4) 在上清中加入1.5倍体积的LP3液, 立即充分混匀, 吸入吸附柱中。(5) 8 000 ×g离心1分钟, 倒掉废液。(6) 加入700 μL PW液, 12 000 ×g离心30秒, 倒掉废液。(7) 加入500 μL PW液, 12 000 ×g离心30秒, 倒掉废液。(8) 12 000 ×g离心2分钟, 室温晾干吸附柱至无乙醇味。(9) 加入50 μL TE室温放置2-5分钟, 12 000 ×g离心2分钟, 收集洗脱液。(10) 采用琼脂糖凝胶电泳和分光光度计检测DNA完整性和质量。
1.2.2 总DNA测序
样品DNA检测合格后, 采用超声波将DNA片段化, 然后对片段化的DNA进行片段纯化、末端修复、3′端加A以及连接测序接头; 再用琼脂糖凝胶电泳进行片段大小选择。通过PCR扩增形成测序文库, 对建好的文库进行文库质检, 质检合格的文库用Illumina HiSeq 2500 (北京百迈客生物科技有限公司)进行测序。
1.2.3 序列拼接和注释
用CLC Genomics Workbench v7.5软件去掉鲁桑基因组原始数据中的低质量序列。以NCBI发表的蒙桑(KM491711)为参照序列, 经MITPbin v1.7软件进行比对和校正(Flannery et al., 2006)。用GENEIOUS R9软件对基因进行注释, 根据起始密码子和终止密码子调整基因的相应位置。
1.2.4 叶绿体基因组物理图谱绘制
注释完成后, 输出Sequin文件, 提交至NCBI数据库, 获得基因组入库序列号。将GenBank格式的序列文件上传到OGDRAW (黄瑶等, 1994; Kaundun and Matsumoto, 2002), 标注清楚叶绿体基因组的IR (Inverted Repeat Region)、LSC (Large Single Copy-Region)和SSC (Small Single Copy-Region)的位置, 生成1个注释完整的环状叶绿体基因组物理图谱(图1)。
图1https://www.chinbullbotany.com/article/2018/1674-3466/1674-3466-53-1-94/img_1.png
Figure 1https://www.chinbullbotany.com/article/2018/1674-3466/1674-3466-53-1-94/img_1.png

在新窗口打开
下载 下载原图ZIP
生成PPT


图1
鲁桑叶绿体基因组物理图谱
Figure 1
Gene map of the chloroplast genome of Morus multicaulis


1.2.5 重复序列结构分析
在Websat网站搜索广东桑(M. atropurpurea)叶绿体全基因组中的SSR位点。参数设置为: 单核苷酸、二核苷酸、三核苷酸、四核苷酸、五核苷酸和六核苷酸单元的重复数分别为10、5、4、3、3和3 (徐军望等, 2003)。
1.2.6 桑属聚类分析
从NCBI数据库选取14条双子叶植物叶绿体全基因组序列, 其中包含桑属蒙桑、印度桑(NC-008359)和川桑(KP939360)。用MEGA 6.0软件进行比对, 通过最大似然法(maximum likelihood, ML)和近邻结合法(neighbor-joining, NJ)对包含鲁桑在内的叶绿体基因组进行聚类分析(黄瑶等, 1994; 周德贵等, 2008)。

2 结果与讨论2.1 叶绿体基因组基本特征鲁桑(NCBI登录号: KU355297)叶绿体序列的双链环状DNA长为159 154 bp, 与其它3个桑属植物相比, 其叶绿体基因组最长(表1)。鲁桑叶绿体基因组包括1对反向重复区(IRa和IRb, 25 678 bp), 被1个小的单拷贝区(SSC, 20 035 bp)和1个大的单拷贝区(LSC, 87 763 bp)分隔开(图1)。叶绿体基因组注释结果表明, 鲁桑叶绿体基因组包含130个功能基因, 包括85个蛋白编码基因、37个tRNA基因和8个rRNA基因(表2)。在这些基因中, 18个基因(7个蛋白编码基因、7个tRNA基因和4个rRNA基因)在反向重复区重复。此外, 研究发现16个基因(10个蛋白编码基因和6个tRNA基因)有1个内含子, 另外2个基因(ycf3和clpP)有2个内含子。trnK-UUU基因包含蛋白编码基因matK, 并含有长度为2 626 bp的最大内含子, 这与其它绿色植物具有相似的特性(Zhang et al., 2013)。叶绿体基因组的GC含量为36.2%, 这与31%-38%的双子叶植物的GC含量相似, 而IR、LSC和SSC区的GC含量分别为42.9%、33.9%和29.3% (表1)。
表1
Table 1
表1
表1 4种桑属植物叶绿体基因组基本特征比较 Table 1 Comparison of chloroplast genomes among four species of Morus

Genome feature	Morus indica	M. mongolica	M. notabilis	M. multicaulis
Genome size (bp)	158484	158459	158680	159154
LSC length (bp)/percent (%)/GC content (%)	87386/55.14/34.1	87367/55.14/34.0	87470/55.12/34.1	87763/55.15/33.9
SSC length (bp)/percent (%)/GC content (%)	19742/12.46/29.4	19736/12.45/29.3	19776/12.46/29.3	20035/12.59/29.3
IR length (bp)/percent (%)/GC content (%)	25678/16.20/42.9	25678/16.20/42.9	25717/16.21/42.9	25678/16.13/42.9
GC content (%)	36.4	36.3	36.4	36.2
Number of genes	133	133	129	130
Number of protein-coding genes	88	88	84	85

IR: Inverted repeat region; LSC: Large single copy-region; SSC: Small single copy-region
IR: 反向重复区; LSC: 大单拷贝区; SSC: 小单拷贝区


表1
4种桑属植物叶绿体基因组基本特征比较
Table 1
Comparison of chloroplast genomes among four species of Morus


表2
Table 2
表2
表2 鲁桑叶绿体基因组注释基因信息 Table 2 Genes present in the chloroplast genome of Morus multicaulis

Function	Gene group	Gene name
Self-replication	Ribosomal RNA genes	rrn4	rrn5	rrn16	rrn23
	Transfer RNA genes	trnA-UGC trnF-GAA trnH-GUG trnL-CAA trnN-GUU trnR-UCU trnT-GGU trnW-CCA	trnC-GCA trnfM-CAU trnI-CAU trnL-UAA trnP-UGG trnS-GCU trnT-UGU trnY-GUA	trnD-GUC trnG-GCC trnI-GAU trnL-UAG trnQ-UUG trnS-GGA trnV-GAC	trnE-UUC trnG-UCC trnK-UUU trnM-CAU trnR-ACG trnS-UGA trnV-UAC
	Small subunit of ribosome	rps2 rps8 rps15	rps3 rps11 rps16*	rps4 rps12 rps18	rps7 rps14 rps19
	Lange subunit of ribosome	rpl2* rpl22 rpl36	rpl14 rpl23	rpl16* rpl32	rpl20 rpl33
	RNA polymerase subunits	rpoA	rpoB	rpoC1*	rpoC2
	NADH dehydrogenase	ndhA* ndhE ndhI	ndhB* ndhF ndhJ	ndhC ndhG ndhK	ndhD ndhH
Photosynthesis	Photosystem I	psaA psaJ	psaB	psaC	psaI
	Photosystem II	psbA psbE psbJ psbN	psbB psbF psbK psbT	psbC psbH psbL psbZ	psbD psbI psbM
	Cytochrome b/f complex	petA petL	petB* petN	petD*	petG
	ATP synthase	atpA atpH	atpB atpI	atpE	atpF*
	ATP Protease	rbcl
	Large subunit of rubisco	matK
	Maturase	clpP*
	Envelope membrane protein	cemA
Other genes	Subunit of acetyl-CoA-carboxylase	accD
	C-type cytochrome synthesis	ccsA
Unknown function	Hypothetical chloroplast reading frames	yf1	ycf3*	ycf4	ycf15
	ORFs	ycf2 ycf68*

* 表示包含内含子的基因。* indicate genes including introns.


表2
鲁桑叶绿体基因组注释基因信息
Table 2
Genes present in the chloroplast genome of Morus multicaulis


内含子对基因的表达调控起重要作用。研究发现许多内含子能够增强外源基因在植物特定时间及特定部位的高水平表达, 从而产生所期望的农艺性状(Jiao et al., 2012)。鲁桑中包含内含子的基因数量为24个, 其中有22个基因只含有1个内含子(8个tRNA基因、12个蛋白编码基因和2个假基因), 而2个基因(ycf3和clpP)含有2个内含子(表2)。鲁桑叶绿体基因的数目、种类以及GC含量与其它桑属植物类似。蒙桑中有16个基因含有1个内含子(10个蛋白编码基因和6个tRNA基因), 有2个蛋白编码基因(clpP和ycf3)含有2个内含子(Kong and Yang, 2015)。印度桑中有16个基因含有1个内含子, 2个基因含有2个内含子(Ravi et al., 2006)。川桑中有11个基因含有1个内含子, 2个基因含有2个内含子(Chen et al., 2015)。研究表明, 桑属4个物种含有内含子的基因数量不同, 但也有相似的特点, 即均为2个基因含有2个内含子。研究结果为利用叶绿体基因组工程进行桑属植物的抗逆育种提供了重要参考。

2.2 密码子表3显示鲁桑密码子偏好AT的特性, 其中64.2%的密码子以A/T结束。在鲁桑完整的叶绿体基因组中, 共有53 011个密码子, 编码85个蛋白, 其中亮氨酸的密码子数量最多, 为5 257个, 丝氨酸、异亮氨酸的密码子数量分列第2和第3。TAA是最常用的终止密码子, 其数量为1 306个, 略高于TGA的数量(1 032个), 大约是TAG数量的2倍(786个)。
表3
Table 3
表3
表3 鲁桑密码子信息 Table 3 Codon usage in Morus multicaulis

Codon	Amino acid	Number	Codon	Amino acid	Number
GGG	Gly(G)	494	TGG	Trp(W)	684
GGA	Gly(G)	759	TGA	Stop	1032
GGT	Gly(G)	599	TGT	Cys(C)	725
GGC	Gly(G)	350	TGC	Cys(C)	435
GAG	Glu(E)	550	TAG	Stop	786
GAA	Glu(E)	1368	TAA	Stop	1306
GAT	Asp(D)	1064	TAT	Try(Y)	1624
GAC	Asp(D)	425	TAC	Try(Y)	690
GTG	Val(V)	418	TTG	Leu(L)	1073
GTA	Val(V)	728	TTA	Leu(L)	1250
GTT	Val(V)	792	TTT	Phe(F)	2343
GTC	Val(V)	430	TTC	Phe(F)	1471
GCG	Ala(A)	249	TCG	Ser(S)	578
GCA	Ala(A)	430	TCA	Ser(S)	979
GCT	Ala(A)	511	TCT	Ser(S)	1273
GCC	Ala(A)	321	TCC	Ser(S)	864
AGG	Arg(R)	596	CGG	Arg(R)	350
AGA	Arg(R)	1044	CGA	Arg(R)	596
AGT	Ser(S)	718	CGT	Arg(R)	363
AGC	Ser(S)	478	CGC	Arg(R)	236
AAG	Lys(K)	1039	CAG	Gln(Q)	440
AAA	Lys(K)	2280	CAA	Gln(Q)	1013
AAT	Asn(N)	1883	CAT	His(H)	945
AAC	Asn(N)	728	CAC	His(H)	362
ATG	Met(M)	855	CTG	Leu(L)	489
ATA	Ile(I)	1729	CTA	Leu(L)	799
ATT	Ile(I)	1965	CTT	Leu(L)	1065
ATC	Ile(I)	1083	CTC	Leu(L)	581
ACG	Thr(T)	399	CCG	Pro(P)	400
ACA	Thr(T)	689	CCA	Pro(P)	738
ACT	Thr(T)	690	CCT	Pro(P)	730
ACC	Thr(T)	587	CCC	Pro(P)	580

表3
鲁桑密码子信息
Table 3
Codon usage in Morus multicaulis



2.3 SSR分析叶绿体简单重复序列是一种高效的分子标记, 不仅具有标记数量丰富、重复性高及共显性遗传等优点, 而且兼具叶绿体基因组结构简单、单亲遗传及相对保守等特点, 因此已广泛应用于物种鉴定以及群体和个体水平的遗传差异分析(Allender et al., 2007; Leigh et al., 2013)。
我们在鲁桑中共搜索到82个SSR位点, 单核苷酸、二核苷酸、三核苷酸、四核苷酸和五核苷酸重复基序分别有63、7、2、9和1个, 并没有发现六核苷酸重复基序(表4)。单核苷酸重复在鲁桑叶绿体基因组SSR中占76.8%。所有的单核苷酸和14个SSR的多核苷酸由A和T组成。对SSR位置进行分析, 发现10个核苷酸重复基序在编码区, 其余在非编码区(Rajendra- kumar et al., 2007)。
在蒙桑中共发现78个SSR位点, 总长度为742 bp, 单核苷酸、二核苷酸、三核苷酸、四核苷酸和五核苷酸重复基序分别有58、6、2、10和2个, 大部分SSR位点是单核苷酸, 这与鲁桑相似, 同时这一结果与George等(2015)的研究结果一致。所有的单核苷酸和14个其它SSRs由A或者T组成, 在这些序列中, AT含量占99.7%, 远高于整个序列中的AT含量。鲁桑和蒙桑中有48个位点具有同一性, 18个位点具有长度多态性, 4个位点在蒙桑中没有出现, 2个位点表现出核苷酸含量多态性, (ATTTC₃)在蒙桑中出现, 在鲁桑中缺失; 而(ATTT3)在鲁桑中出现, 在蒙桑中缺失(表4)。
表4
Table 4
表4
表4 鲁桑和蒙桑中简单重复序列(SSR)位点对比 Table 4 Comparison of simple sequence repeats (SSR) loci in Morus multicaulis and M. mongolica

Length (bp)	Number	Morus multicaulis	M. mongolica
A10	10	2142, 3980, 5079, 5977, 29067, 49740, 68616, 68631, 114154 (ndhF), 116262	3760, 4859, 28847, 38118, 113758 (ndhF), 115866
A11	3	9589, 62837, 87467	1921, 5757, 9371, 62504, 81011
A12	3	4830, 53982, 85376	13368, 38142, 53676, 84178, 87070
A13	1	13596	4609, 73766
A14	1	128163	127468
A15	1	74160
A16	1	8990
A17			8772
T10	20	66, 5258, 8582, 9802, 14098, 14919, 24357, 30672, 30938, 54024, 57098 (atpB), 62610, 66927, 68743, 70892, 73958, 83130, 116784, 130487 (ycf1), 132244 (ycf1)	5038, 7036, 9584, 24137, 30452, 30718, 53718, 56773 (atpB), 62277, 70506, 73564, 82753, 116369, 121665, 129792 (ycf1), 131549 (ycf1)
T11	6	513, 34264, 69552, 78684, 122351, 131346 (ycf1)	293, 8363, 57218, 59233, 66594, 68126, 69166, 74280, 78285, 130651 (ycf1)
T12	5	27617 (rpoB), 57549, 59565, 72471, 85809	12476, 13966, 27397 (rpoB), 34035, 85411
T13	5	12703, 13286, 68491, 81352, 128585	8996, 13058, 51524, 72085, 127890
T14	5	9213, 51829, 63865, 74676, 86927	63532, 80953
T16			49162, 86528
T17	1	49475
T19	1	116631	116235
AT5	1	11566 (ndhF)	115270 (ndhF)
AT6	2	118643, 118871	10589, 49643
TA6	2	5522, 21234 (rpoC2)	5302, 21009 (rpoC2), 118243
TC5	1	645927 (cemA)	64259 (cemA)
TTC4	1	70909	70523
AAT4	1	128565	127870
ATTT3	1	62140
ATTT4	1	14187	13957, 61807
AAAT3	2	24056 (rpoC1), 46731 (ycf3)	23831(rpoC1), 46414 (ycf3)
TATT3	1	24388 (rpoC1)	24168 (rpoC1)
ATTA3	2	33980, 116443	33751, 116047
TCTT3	1	111575	111179
AAAG3	1	135331	134636
AAGGA3	1	14021 (atpF)	13792 (atpF)
ATTTC3			24071

加粗字体表明鲁桑和蒙桑中相似的SSR位点。Bold type indicate the similar SSR in M. multicaulis and M. mongolica.


表4
鲁桑和蒙桑中简单重复序列(SSR)位点对比
Table 4
Comparison of simple sequence repeats (SSR) loci in Morus multicaulis and M. mongolica



2.4 IR边界分析不同植物的叶绿体基因组大小取决于反向重复区的膨胀和收缩(Plunkett and Downie, 2000)。图2显示4个桑属物种的IR和SC边界。IR边界比较表明, 同属物种的基因组大小变化不是很明显, 表现出一定的相似性。本研究比较了4个桑属植物完整叶绿体基因组的IR/SC的边界位置, 结果显示它们具有相似的结构和基因顺序, 而在SSC/IRb交界处存在1个ycf1假基因。鲁桑的ycf1假基因与ndhF基序重叠25 bp, 这与蒙桑中的情况相同, 同时, 这种情况也出现在其它桑属植物叶绿体基因组序列中。4个桑属植物基因组的rps19基因位于非编码区的上游。印度桑中rps12基因偏离LSC/IRb边界1个碱基对, 其它3个植物rps12基因在边界处。最大的差异在LSC和IRa的边界, 鲁桑的trnH基因远离LSC/IRa边界242 bp, 而其它桑属植物中的情况不同, 只有1个很小的长度远离边界。
图2https://www.chinbullbotany.com/article/2018/1674-3466/1674-3466-53-1-94/img_2.png
Figure 2https://www.chinbullbotany.com/article/2018/1674-3466/1674-3466-53-1-94/img_2.png

在新窗口打开
下载 下载原图ZIP
生成PPT


图2
4个桑属物种叶绿体基因组反向重复区(IR)、大单拷贝区(LSC)和小单拷贝区(SSC)边界比对
MT: 鲁桑, MI: 印度桑; MM: 蒙桑; MN: 川桑
Figure 2
Comparison of the junction between inverted repeat region (IR), large single copy-region (LSC) and small single copy- region (SSC) of chloroplast genome among four Morus species
MT: Morus multicaulis; MI: M. indica; MM: M. mongolica; MN: M. notabilis



2.5 基于叶绿体基因组全序列的桑属聚类分析以烟草(Nicotiana tabacum)作为外类群, 对桑属4个物种和其它双子叶植物共15个叶绿体全基因组序列通过最大似然法(图3A)和近邻结合法(图3B)进行聚类分析, 2种方法均得出相同的结果, 即桑属的4个种聚在一起, 其中鲁桑和蒙桑聚成1个小组。
通过对鲁桑的完整叶绿体基因组的核苷酸序列和结构进行分析, 我们找到桑属植物与其它物种在序列之间的差异, 研究结果将有助于未来的进化和生态学研究。同时, 这些数据也是后续桑属种群研究指标的重要来源。此外, 完整的叶绿体基因组序列还提供了叶绿体内功能蛋白变异的数据。
图3https://www.chinbullbotany.com/article/2018/1674-3466/1674-3466-53-1-94/img_3.png
Figure 3https://www.chinbullbotany.com/article/2018/1674-3466/1674-3466-53-1-94/img_3.png

在新窗口打开
下载 下载原图ZIP
生成PPT


图3
基于叶绿体全基因组的桑属4个物种及其近缘种的最大似然法(ML) (A)和近邻结合法(NJ) (B)聚类结果
Figure 3
Cluster analysis of four species of Morus using complete chloroplast genome sequence by the maximum likelihood (ML) method (A) and neighbor-joining (NL) method (B)



3 结论本研究对鲁桑及3个叶绿体基因组序列已知的桑属物种的基因组大小、LSC、SSC、IR长度和GC含量等进行了比较和分析。结果表明, 鲁桑叶绿体基因组的总长度为159 154 bp, 高于其它叶绿体基因组长度近600 bp。研究结果为阐明叶绿体系统发育提供了充分的资料。此外, 本研究还获得了叶绿体基因组的每个区域的大小, 并得出4个桑属植物在IR和SSC区域的不同, 而LSC区是它们之间产生差异的最主要区域。鲁桑叶绿体简单重复序列是重要的分子标记, 对这类分子标记的鉴定有助于进一步推动桑属植物的群体遗传学研究(Katti et al, 2001; Shaw et al, 2007)。另外, 本研究获得了川桑、蒙桑和印度桑的SSR, 并与鲁桑进行比较分析。我们发现4个桑属植物叶绿体基因组在同一区域具有相似数量的SSR标记。例如, 二核苷酸存在于ndhF、rpoC2和cemA基因中, 基因ycf1中有3个单核苷酸重复基序, 四核苷酸和五核苷酸重复基序在rpoC1基因中出现。SSRs在编码区的分配是相同的, 存在于ycf1、atpF、rpoB、cemA、atpB、ndhF和rpoC2等基因中。为了补充桑属基因组信息和加快其分子生物学研究, 我们进一步对鲁桑完整叶绿体基因组序列进行了生物信息学分析, 并对4个桑属植物的叶绿体基因核苷酸序列之间的差异进行了比较和分析, 以期为深入揭示桑属植物的系统演化关系提供支持。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
文献选项
原文顺序
文献年度倒序
文中引用次数倒序
被引期刊影响因子

---

[1]	冯丽春, 杨光伟, 余茂德, 张孝勇, 向怀祥 (1997). 利用RAPD对桑属植物种间亲缘关系的研究. 中国农业科学 30, 52-56. [本文引用: 1]
[2]	黄瑶, 李朝銮, 马诚, 吴乃虎 (1994). 叶绿体DNA及其在植物系统学研究中的应用. 植物学通报 11(2), 11-25. [本文引用: 2]
[3]	徐军望, 冯德江, 宋贵生, 魏晓丽, 陈蕾, 伍晓丽, 李旭刚, 朱桢 (2003). 水稻EPSP合酶第一内含子增强外源基因的表达. 中国科学(C辑) 33, 224-230. [本文引用: 1]
[4]	闫化学, 于杰 (2010). DNA条形码技术在植物中的研究现状. 植物学报 45, 102-108. [本文引用: 1]
[5]	周德贵, 赵琼一, 付崇允, 李宏, 蔡学飞, 罗达, 周少川 (2008). 新一代测序技术及其对水稻分子设计育种的影响. 分子植物育种 6, 619-630. [本文引用: 1]
[6]	Allender CJ, Allainguillaume J, Lynn J, King GJ (2007). Simple sequence repeats reveal uneven distribution of genetic diversity in chloroplast genomes of Brassica ole- racea L. and(n=9) wild relatives. Theor Appl Genet 114, 609-618. [本文引用: 1]
[7]	Chen C, Zhou W, Huang Y, Wang ZZ (2015). The complete chloroplast genome sequence of the mulberry Morus notabilis(Moreae). Mitochondrial DNA Part A 27, 2856-2857. [本文引用: 1]
[8]	Flannery ML, Mitchell FJG, Coyne S, Kavanagh TA, Burke JI, Salamin N, Dowding P, Hodkinson TR (2006). Plastid genome characterisation in Brassica and Brassicaceae using a new set of nine SSRs. Theor Appl Genet 113, 1221-1231. [本文引用: 1]
[9]	George B, Bhatt BS, Awasthi M, George B, Singh AK (2015). Comparative analysis of microsatellites in chloroplast genomes of lower and higher plants.Curr Genet 61, 665-677. [本文引用: 1]
[10]	Hebert PD, Ratnasingham S, de Waard JR (2003). Barcoding animal life: cytochrome c oxidase subunit 1 divergences among closely related species. Proc R Soc Lond B 270, S96-S99. [本文引用: 1]
[11]	Huang YY, Matzke AJM, Matzke M (2013). Complete sequence and comparative analysis of the chloroplast genome of coconut palm ( Cocos nucifera). PLoS One 8, e74736. [本文引用: 1]
[12]	Jansen RK, Raubeson LA, Boore JL, dePamphilis CW, Chumley TW, Haberle RC, Wyman SK, Alverson AJ, Peery R, Herman SJ, Fourcade HM, Kuehl JV, McNeal JR, Leebens-Mack J, Cui LY (2005). Methods for obtaining and analyzing whole chloroplast genome sequen- ces.Methods Enzymol 395, 348-384. [本文引用: 1]
[13]	Jiao Y, Jia HM, Li XW, Jia HJ, Chen Z, Wang GY, Chai CY, van de Weg E, Gao ZS (2012). Development of simple sequence repeat (SSR) markers from a genome survey of Chinese Bayberry ( Myrica rubra). BMC Genomics 13, 201. [本文引用: 1]
[14]	Katti MV, Ranjekar PK, Gupta VS (2001). Differential distribution of simple sequence repeats in eukaryotic genome sequences.Mol Biol Evol 18, 1161-1167. [本文引用: 1]
[15]	Kaundun SS, Matsumoto S (2002). Heterologous nuclear and chloroplast microsatellite amplification and variation in tea, Camellia sinensis. Genome 45, 1041-1048. [本文引用: 1]
[16]	Kong WQ, Yang JH (2015). The complete chloroplast genome sequence of Morus mongolica and a comparative analysis within the Fabidae clade. Curr Genet 62, 165-172. [本文引用: 1]
[17]	Leigh FJ, Mackay I, Oliveira HR, Gosman NE, Horsnell RA, Jones H, White J, Powell W, Brown TA (2013). Using diversity of the chloroplast genome to examine evolutionary history of wheat species.Genet Resour Crop Evol 60, 1831-1842. [本文引用: 1]
[18]	Leseberg CH, Duvall MR (2009). The complete chloroplast genome of Coix lacryma-jobi and a comparative molecular evolutionary analysis of plastomes in cereals. J Mol Evol 69, 311-318. [本文引用: 1]
[19]	Nazareno AG, Carlsen M, Lohmann LG (2015). Complete chloroplast genome of Tanaecium tetragonolobum: the first Bignoniaceae plastome. PLoS One 10, e0129930. [本文引用: 1]
[20]	Plunkett GM, Downie SR (2000). Expansion and contraction of the chloroplast inverted repeat in Apiaceae subfamily Apioideae.Syst Bot 25, 648-667. [本文引用: 1]
[21]	Rajendrakumar P, Biswal AK, Balachandran SM, Srinivasarao K, Sundaram RM (2007). Simple sequence repeats in organellar genomes of rice: frequency and distribution in genic and intergenic regions.Bioinformatics 23, 1-4. [本文引用: 1]
[22]	Ravi V, Khurana JP, Tyagi AK, Khurana P (2006). The chloroplast genome of mulberry: complete nucleotide sequence, gene organization and comparative analysis.Tree Genet Genomes 3, 49-59. [本文引用: 2]
[23]	Ruhlman TA, Jansen RK (2014). The plastid genomes of flowering plants.Methods Mol Biol 1132, 3-38. [本文引用: 1]
[24]	Shaw J, Lickey EB, Schilling EE, Small RL (2007). Comparison of whole chloroplast genome sequences to choose noncoding regions for phylogenetic studies in angiosperms: the tortoise and the hare lll.Am J Bot 94, 275-288. [本文引用: 1]
[25]	Temnykh S, DeClerck G, Lukashova A, Lipovich L, Cartinhour S, McCouch S (2001). Computational and experimental analysis of microsatellites in rice ( Oryza sativa L.): frequency, length variation, transposon associations, and genetic marker potential. Genome Res 11, 1441-1452. [本文引用: 1]
[26]	Zhang HY, Li C, Miao HM, Xiong SJ (2013). Insights from the complete chloroplast genome into the evolution of Se- samum indicum L. PLoS One 8, e80508. [本文引用: 1]

利用RAPD对桑属植物种间亲缘关系的研究
1
1997

... 以鲁桑(Morus multicaulis Loud.)栽培品种日本胡橙为实验材料.供试桑品种的叶片采自西北农林科技大学桑树实验苗圃.2015年12月采集样品的一年生枝条在室内水培, 然后选取嫩芽用于DNA提取(冯丽春等, 1997). ...

叶绿体DNA及其在植物系统学研究中的应用
2
1994

... 注释完成后, 输出Sequin文件, 提交至NCBI数据库, 获得基因组入库序列号.将GenBank格式的序列文件上传到OGDRAW (黄瑶等, 1994; Kaundun and Matsumoto, 2002), 标注清楚叶绿体基因组的IR (Inverted Repeat Region)、LSC (Large Single Copy-Region)和SSC (Small Single Copy-Region)的位置, 生成1个注释完整的环状叶绿体基因组物理图谱(图1). ...
... 从NCBI数据库选取14条双子叶植物叶绿体全基因组序列, 其中包含桑属蒙桑、印度桑(NC-008359)和川桑(KP939360).用MEGA 6.0软件进行比对, 通过最大似然法(maximum likelihood, ML)和近邻结合法(neighbor-joining, NJ)对包含鲁桑在内的叶绿体基因组进行聚类分析(黄瑶等, 1994; 周德贵等, 2008). ...

水稻EPSP合酶第一内含子增强外源基因的表达
1
2003

... 在Websat网站搜索广东桑(M. atropurpurea)叶绿体全基因组中的SSR位点.参数设置为: 单核苷酸、二核苷酸、三核苷酸、四核苷酸、五核苷酸和六核苷酸单元的重复数分别为10、5、4、3、3和3 (徐军望等, 2003). ...

DNA条形码技术在植物中的研究现状
1
2010

... 桑属(Morus)在中国和印度分布最广, 几千年来进行大面积的商业化种植.桑属包含很多种, 如野生种蒙桑(M. mongolica)、印度桑(M. indica)以及栽培种鲁桑(M. multicaulis)等(Ravi et al., 2006).果桑喜光, 幼时稍耐阴; 喜温暖湿润气候, 耐寒; 抗旱能力、耐水湿能力和土壤的适应性强; 耐瘠薄和轻碱性, 喜土层深厚、肥沃土壤; 根系发达, 抗风能力强, 有较强的抗烟尘能力.然而, 由于桑属植物生长在不同的生态环境中, 不同种间很容易杂交, 导致其遗传背景比较复杂.利用传统的形态学分类方法难以确定其真实的生物学特性.因此, 有必要探索更有效的方法来识别桑属植物中密切相关的种群.DNA条形码基于DNA序列, 可以作为物种识别的可靠工具(Hebert et al., 2003; 闫化学和于杰, 2010).由于序列高度保守, 叶绿体基因是区分物种间遗传差异的重要方法.随着测序技术的发展, 高通量测序技术作为一种高效的方法, 推动了绿色植物完整叶绿体基因组研究的进步.在过去几年中, 已有3个野生桑属的叶绿体基因组全序列完成测序, 分别是川桑(M. notabilis)、蒙桑和印度桑. ...

新一代测序技术及其对水稻分子设计育种的影响
1
2008

... 从NCBI数据库选取14条双子叶植物叶绿体全基因组序列, 其中包含桑属蒙桑、印度桑(NC-008359)和川桑(KP939360).用MEGA 6.0软件进行比对, 通过最大似然法(maximum likelihood, ML)和近邻结合法(neighbor-joining, NJ)对包含鲁桑在内的叶绿体基因组进行聚类分析(黄瑶等, 1994; 周德贵等, 2008). ...

1
2007

... 叶绿体简单重复序列是一种高效的分子标记, 不仅具有标记数量丰富、重复性高及共显性遗传等优点, 而且兼具叶绿体基因组结构简单、单亲遗传及相对保守等特点, 因此已广泛应用于物种鉴定以及群体和个体水平的遗传差异分析(Allender et al., 2007; Leigh et al., 2013). ...

1
2015

... 内含子对基因的表达调控起重要作用.研究发现许多内含子能够增强外源基因在植物特定时间及特定部位的高水平表达, 从而产生所期望的农艺性状(Jiao et al., 2012).鲁桑中包含内含子的基因数量为24个, 其中有22个基因只含有1个内含子(8个tRNA基因、12个蛋白编码基因和2个假基因), 而2个基因(ycf3和clpP)含有2个内含子(表2).鲁桑叶绿体基因的数目、种类以及GC含量与其它桑属植物类似.蒙桑中有16个基因含有1个内含子(10个蛋白编码基因和6个tRNA基因), 有2个蛋白编码基因(clpP和ycf3)含有2个内含子(Kong and Yang, 2015).印度桑中有16个基因含有1个内含子, 2个基因含有2个内含子(Ravi et al., 2006).川桑中有11个基因含有1个内含子, 2个基因含有2个内含子(Chen et al., 2015).研究表明, 桑属4个物种含有内含子的基因数量不同, 但也有相似的特点, 即均为2个基因含有2个内含子.研究结果为利用叶绿体基因组工程进行桑属植物的抗逆育种提供了重要参考. ...

1
2006

... 用CLC Genomics Workbench v7.5软件去掉鲁桑基因组原始数据中的低质量序列.以NCBI发表的蒙桑(KM491711)为参照序列, 经MITPbin v1.7软件进行比对和校正(Flannery et al., 2006).用GENEIOUS R9软件对基因进行注释, 根据起始密码子和终止密码子调整基因的相应位置. ...

1
2015

... 在蒙桑中共发现78个SSR位点, 总长度为742 bp, 单核苷酸、二核苷酸、三核苷酸、四核苷酸和五核苷酸重复基序分别有58、6、2、10和2个, 大部分SSR位点是单核苷酸, 这与鲁桑相似, 同时这一结果与George等(2015)的研究结果一致.所有的单核苷酸和14个其它SSRs由A或者T组成, 在这些序列中, AT含量占99.7%, 远高于整个序列中的AT含量.鲁桑和蒙桑中有48个位点具有同一性, 18个位点具有长度多态性, 4个位点在蒙桑中没有出现, 2个位点表现出核苷酸含量多态性, (ATTTC₃)在蒙桑中出现, 在鲁桑中缺失; 而(ATTT3)在鲁桑中出现, 在蒙桑中缺失(表4). ...

1
2003

... 桑属(Morus)在中国和印度分布最广, 几千年来进行大面积的商业化种植.桑属包含很多种, 如野生种蒙桑(M. mongolica)、印度桑(M. indica)以及栽培种鲁桑(M. multicaulis)等(Ravi et al., 2006).果桑喜光, 幼时稍耐阴; 喜温暖湿润气候, 耐寒; 抗旱能力、耐水湿能力和土壤的适应性强; 耐瘠薄和轻碱性, 喜土层深厚、肥沃土壤; 根系发达, 抗风能力强, 有较强的抗烟尘能力.然而, 由于桑属植物生长在不同的生态环境中, 不同种间很容易杂交, 导致其遗传背景比较复杂.利用传统的形态学分类方法难以确定其真实的生物学特性.因此, 有必要探索更有效的方法来识别桑属植物中密切相关的种群.DNA条形码基于DNA序列, 可以作为物种识别的可靠工具(Hebert et al., 2003; 闫化学和于杰, 2010).由于序列高度保守, 叶绿体基因是区分物种间遗传差异的重要方法.随着测序技术的发展, 高通量测序技术作为一种高效的方法, 推动了绿色植物完整叶绿体基因组研究的进步.在过去几年中, 已有3个野生桑属的叶绿体基因组全序列完成测序, 分别是川桑(M. notabilis)、蒙桑和印度桑. ...

1
2013

... 叶绿体是绿色植物和藻类进行光合作用必不可少的细胞器, 其基因信息在最近几年变得越来越重要(Nazareno et al., 2015).叶绿体基因组是由4部分组成的环状双链结构(伞藻除外), 包括2个相同的反向重复序列, 被1个大的单拷贝区和1个小的单拷贝区分开(Jansen et al., 2005).质体长度范围为120- 2 500 kb, 包含110-130个基因(Huang et al., 2013; Ruhlman and Jansen, 2014).随着测序技术的发展和进步, 目前在GenBank中可检索到1 000多个物种的完整叶绿体基因组序列.叶绿体基因顺序和结构由于具有高度保守的特性(Temnykh et al., 2001; Leseberg and Duvall, 2009)而成为植物系统发育进化研究的重要标记.近年来, 已有大量的叶绿体基因组序列被广泛研究. ...

1
2005

... 叶绿体是绿色植物和藻类进行光合作用必不可少的细胞器, 其基因信息在最近几年变得越来越重要(Nazareno et al., 2015).叶绿体基因组是由4部分组成的环状双链结构(伞藻除外), 包括2个相同的反向重复序列, 被1个大的单拷贝区和1个小的单拷贝区分开(Jansen et al., 2005).质体长度范围为120- 2 500 kb, 包含110-130个基因(Huang et al., 2013; Ruhlman and Jansen, 2014).随着测序技术的发展和进步, 目前在GenBank中可检索到1 000多个物种的完整叶绿体基因组序列.叶绿体基因顺序和结构由于具有高度保守的特性(Temnykh et al., 2001; Leseberg and Duvall, 2009)而成为植物系统发育进化研究的重要标记.近年来, 已有大量的叶绿体基因组序列被广泛研究. ...

1
2012

... 内含子对基因的表达调控起重要作用.研究发现许多内含子能够增强外源基因在植物特定时间及特定部位的高水平表达, 从而产生所期望的农艺性状(Jiao et al., 2012).鲁桑中包含内含子的基因数量为24个, 其中有22个基因只含有1个内含子(8个tRNA基因、12个蛋白编码基因和2个假基因), 而2个基因(ycf3和clpP)含有2个内含子(表2).鲁桑叶绿体基因的数目、种类以及GC含量与其它桑属植物类似.蒙桑中有16个基因含有1个内含子(10个蛋白编码基因和6个tRNA基因), 有2个蛋白编码基因(clpP和ycf3)含有2个内含子(Kong and Yang, 2015).印度桑中有16个基因含有1个内含子, 2个基因含有2个内含子(Ravi et al., 2006).川桑中有11个基因含有1个内含子, 2个基因含有2个内含子(Chen et al., 2015).研究表明, 桑属4个物种含有内含子的基因数量不同, 但也有相似的特点, 即均为2个基因含有2个内含子.研究结果为利用叶绿体基因组工程进行桑属植物的抗逆育种提供了重要参考. ...

1
2001

... 本研究对鲁桑及3个叶绿体基因组序列已知的桑属物种的基因组大小、LSC、SSC、IR长度和GC含量等进行了比较和分析.结果表明, 鲁桑叶绿体基因组的总长度为159 154 bp, 高于其它叶绿体基因组长度近600 bp.研究结果为阐明叶绿体系统发育提供了充分的资料.此外, 本研究还获得了叶绿体基因组的每个区域的大小, 并得出4个桑属植物在IR和SSC区域的不同, 而LSC区是它们之间产生差异的最主要区域.鲁桑叶绿体简单重复序列是重要的分子标记, 对这类分子标记的鉴定有助于进一步推动桑属植物的群体遗传学研究(Katti et al, 2001; Shaw et al, 2007).另外, 本研究获得了川桑、蒙桑和印度桑的SSR, 并与鲁桑进行比较分析.我们发现4个桑属植物叶绿体基因组在同一区域具有相似数量的SSR标记.例如, 二核苷酸存在于ndhF、rpoC2和cemA基因中, 基因ycf1中有3个单核苷酸重复基序, 四核苷酸和五核苷酸重复基序在rpoC1基因中出现.SSRs在编码区的分配是相同的, 存在于ycf1、atpF、rpoB、cemA、atpB、ndhF和rpoC2等基因中.为了补充桑属基因组信息和加快其分子生物学研究, 我们进一步对鲁桑完整叶绿体基因组序列进行了生物信息学分析, 并对4个桑属植物的叶绿体基因核苷酸序列之间的差异进行了比较和分析, 以期为深入揭示桑属植物的系统演化关系提供支持. ...

1
2002

... 注释完成后, 输出Sequin文件, 提交至NCBI数据库, 获得基因组入库序列号.将GenBank格式的序列文件上传到OGDRAW (黄瑶等, 1994; Kaundun and Matsumoto, 2002), 标注清楚叶绿体基因组的IR (Inverted Repeat Region)、LSC (Large Single Copy-Region)和SSC (Small Single Copy-Region)的位置, 生成1个注释完整的环状叶绿体基因组物理图谱(图1). ...

1
2015

... 内含子对基因的表达调控起重要作用.研究发现许多内含子能够增强外源基因在植物特定时间及特定部位的高水平表达, 从而产生所期望的农艺性状(Jiao et al., 2012).鲁桑中包含内含子的基因数量为24个, 其中有22个基因只含有1个内含子(8个tRNA基因、12个蛋白编码基因和2个假基因), 而2个基因(ycf3和clpP)含有2个内含子(表2).鲁桑叶绿体基因的数目、种类以及GC含量与其它桑属植物类似.蒙桑中有16个基因含有1个内含子(10个蛋白编码基因和6个tRNA基因), 有2个蛋白编码基因(clpP和ycf3)含有2个内含子(Kong and Yang, 2015).印度桑中有16个基因含有1个内含子, 2个基因含有2个内含子(Ravi et al., 2006).川桑中有11个基因含有1个内含子, 2个基因含有2个内含子(Chen et al., 2015).研究表明, 桑属4个物种含有内含子的基因数量不同, 但也有相似的特点, 即均为2个基因含有2个内含子.研究结果为利用叶绿体基因组工程进行桑属植物的抗逆育种提供了重要参考. ...

1
2013

... 叶绿体简单重复序列是一种高效的分子标记, 不仅具有标记数量丰富、重复性高及共显性遗传等优点, 而且兼具叶绿体基因组结构简单、单亲遗传及相对保守等特点, 因此已广泛应用于物种鉴定以及群体和个体水平的遗传差异分析(Allender et al., 2007; Leigh et al., 2013). ...

1
2009

... 叶绿体是绿色植物和藻类进行光合作用必不可少的细胞器, 其基因信息在最近几年变得越来越重要(Nazareno et al., 2015).叶绿体基因组是由4部分组成的环状双链结构(伞藻除外), 包括2个相同的反向重复序列, 被1个大的单拷贝区和1个小的单拷贝区分开(Jansen et al., 2005).质体长度范围为120- 2 500 kb, 包含110-130个基因(Huang et al., 2013; Ruhlman and Jansen, 2014).随着测序技术的发展和进步, 目前在GenBank中可检索到1 000多个物种的完整叶绿体基因组序列.叶绿体基因顺序和结构由于具有高度保守的特性(Temnykh et al., 2001; Leseberg and Duvall, 2009)而成为植物系统发育进化研究的重要标记.近年来, 已有大量的叶绿体基因组序列被广泛研究. ...

1
2015

... 叶绿体是绿色植物和藻类进行光合作用必不可少的细胞器, 其基因信息在最近几年变得越来越重要(Nazareno et al., 2015).叶绿体基因组是由4部分组成的环状双链结构(伞藻除外), 包括2个相同的反向重复序列, 被1个大的单拷贝区和1个小的单拷贝区分开(Jansen et al., 2005).质体长度范围为120- 2 500 kb, 包含110-130个基因(Huang et al., 2013; Ruhlman and Jansen, 2014).随着测序技术的发展和进步, 目前在GenBank中可检索到1 000多个物种的完整叶绿体基因组序列.叶绿体基因顺序和结构由于具有高度保守的特性(Temnykh et al., 2001; Leseberg and Duvall, 2009)而成为植物系统发育进化研究的重要标记.近年来, 已有大量的叶绿体基因组序列被广泛研究. ...

1
2000

... 不同植物的叶绿体基因组大小取决于反向重复区的膨胀和收缩(Plunkett and Downie, 2000).图2显示4个桑属物种的IR和SC边界.IR边界比较表明, 同属物种的基因组大小变化不是很明显, 表现出一定的相似性.本研究比较了4个桑属植物完整叶绿体基因组的IR/SC的边界位置, 结果显示它们具有相似的结构和基因顺序, 而在SSC/IRb交界处存在1个ycf1假基因.鲁桑的ycf1假基因与ndhF基序重叠25 bp, 这与蒙桑中的情况相同, 同时, 这种情况也出现在其它桑属植物叶绿体基因组序列中.4个桑属植物基因组的rps19基因位于非编码区的上游.印度桑中rps12基因偏离LSC/IRb边界1个碱基对, 其它3个植物rps12基因在边界处.最大的差异在LSC和IRa的边界, 鲁桑的trnH基因远离LSC/IRa边界242 bp, 而其它桑属植物中的情况不同, 只有1个很小的长度远离边界. ...

1
2007

... 我们在鲁桑中共搜索到82个SSR位点, 单核苷酸、二核苷酸、三核苷酸、四核苷酸和五核苷酸重复基序分别有63、7、2、9和1个, 并没有发现六核苷酸重复基序(表4).单核苷酸重复在鲁桑叶绿体基因组SSR中占76.8%.所有的单核苷酸和14个SSR的多核苷酸由A和T组成.对SSR位置进行分析, 发现10个核苷酸重复基序在编码区, 其余在非编码区(Rajendra- kumar et al., 2007). ...

2
2006

... 桑属(Morus)在中国和印度分布最广, 几千年来进行大面积的商业化种植.桑属包含很多种, 如野生种蒙桑(M. mongolica)、印度桑(M. indica)以及栽培种鲁桑(M. multicaulis)等(Ravi et al., 2006).果桑喜光, 幼时稍耐阴; 喜温暖湿润气候, 耐寒; 抗旱能力、耐水湿能力和土壤的适应性强; 耐瘠薄和轻碱性, 喜土层深厚、肥沃土壤; 根系发达, 抗风能力强, 有较强的抗烟尘能力.然而, 由于桑属植物生长在不同的生态环境中, 不同种间很容易杂交, 导致其遗传背景比较复杂.利用传统的形态学分类方法难以确定其真实的生物学特性.因此, 有必要探索更有效的方法来识别桑属植物中密切相关的种群.DNA条形码基于DNA序列, 可以作为物种识别的可靠工具(Hebert et al., 2003; 闫化学和于杰, 2010).由于序列高度保守, 叶绿体基因是区分物种间遗传差异的重要方法.随着测序技术的发展, 高通量测序技术作为一种高效的方法, 推动了绿色植物完整叶绿体基因组研究的进步.在过去几年中, 已有3个野生桑属的叶绿体基因组全序列完成测序, 分别是川桑(M. notabilis)、蒙桑和印度桑. ...
... 内含子对基因的表达调控起重要作用.研究发现许多内含子能够增强外源基因在植物特定时间及特定部位的高水平表达, 从而产生所期望的农艺性状(Jiao et al., 2012).鲁桑中包含内含子的基因数量为24个, 其中有22个基因只含有1个内含子(8个tRNA基因、12个蛋白编码基因和2个假基因), 而2个基因(ycf3和clpP)含有2个内含子(表2).鲁桑叶绿体基因的数目、种类以及GC含量与其它桑属植物类似.蒙桑中有16个基因含有1个内含子(10个蛋白编码基因和6个tRNA基因), 有2个蛋白编码基因(clpP和ycf3)含有2个内含子(Kong and Yang, 2015).印度桑中有16个基因含有1个内含子, 2个基因含有2个内含子(Ravi et al., 2006).川桑中有11个基因含有1个内含子, 2个基因含有2个内含子(Chen et al., 2015).研究表明, 桑属4个物种含有内含子的基因数量不同, 但也有相似的特点, 即均为2个基因含有2个内含子.研究结果为利用叶绿体基因组工程进行桑属植物的抗逆育种提供了重要参考. ...

1
2014

... 叶绿体是绿色植物和藻类进行光合作用必不可少的细胞器, 其基因信息在最近几年变得越来越重要(Nazareno et al., 2015).叶绿体基因组是由4部分组成的环状双链结构(伞藻除外), 包括2个相同的反向重复序列, 被1个大的单拷贝区和1个小的单拷贝区分开(Jansen et al., 2005).质体长度范围为120- 2 500 kb, 包含110-130个基因(Huang et al., 2013; Ruhlman and Jansen, 2014).随着测序技术的发展和进步, 目前在GenBank中可检索到1 000多个物种的完整叶绿体基因组序列.叶绿体基因顺序和结构由于具有高度保守的特性(Temnykh et al., 2001; Leseberg and Duvall, 2009)而成为植物系统发育进化研究的重要标记.近年来, 已有大量的叶绿体基因组序列被广泛研究. ...

1
2007

... 本研究对鲁桑及3个叶绿体基因组序列已知的桑属物种的基因组大小、LSC、SSC、IR长度和GC含量等进行了比较和分析.结果表明, 鲁桑叶绿体基因组的总长度为159 154 bp, 高于其它叶绿体基因组长度近600 bp.研究结果为阐明叶绿体系统发育提供了充分的资料.此外, 本研究还获得了叶绿体基因组的每个区域的大小, 并得出4个桑属植物在IR和SSC区域的不同, 而LSC区是它们之间产生差异的最主要区域.鲁桑叶绿体简单重复序列是重要的分子标记, 对这类分子标记的鉴定有助于进一步推动桑属植物的群体遗传学研究(Katti et al, 2001; Shaw et al, 2007).另外, 本研究获得了川桑、蒙桑和印度桑的SSR, 并与鲁桑进行比较分析.我们发现4个桑属植物叶绿体基因组在同一区域具有相似数量的SSR标记.例如, 二核苷酸存在于ndhF、rpoC2和cemA基因中, 基因ycf1中有3个单核苷酸重复基序, 四核苷酸和五核苷酸重复基序在rpoC1基因中出现.SSRs在编码区的分配是相同的, 存在于ycf1、atpF、rpoB、cemA、atpB、ndhF和rpoC2等基因中.为了补充桑属基因组信息和加快其分子生物学研究, 我们进一步对鲁桑完整叶绿体基因组序列进行了生物信息学分析, 并对4个桑属植物的叶绿体基因核苷酸序列之间的差异进行了比较和分析, 以期为深入揭示桑属植物的系统演化关系提供支持. ...

1
2001

... 叶绿体是绿色植物和藻类进行光合作用必不可少的细胞器, 其基因信息在最近几年变得越来越重要(Nazareno et al., 2015).叶绿体基因组是由4部分组成的环状双链结构(伞藻除外), 包括2个相同的反向重复序列, 被1个大的单拷贝区和1个小的单拷贝区分开(Jansen et al., 2005).质体长度范围为120- 2 500 kb, 包含110-130个基因(Huang et al., 2013; Ruhlman and Jansen, 2014).随着测序技术的发展和进步, 目前在GenBank中可检索到1 000多个物种的完整叶绿体基因组序列.叶绿体基因顺序和结构由于具有高度保守的特性(Temnykh et al., 2001; Leseberg and Duvall, 2009)而成为植物系统发育进化研究的重要标记.近年来, 已有大量的叶绿体基因组序列被广泛研究. ...

1
2013

... 鲁桑(NCBI登录号: KU355297)叶绿体序列的双链环状DNA长为159 154 bp, 与其它3个桑属植物相比, 其叶绿体基因组最长(表1).鲁桑叶绿体基因组包括1对反向重复区(IRa和IRb, 25 678 bp), 被1个小的单拷贝区(SSC, 20 035 bp)和1个大的单拷贝区(LSC, 87 763 bp)分隔开(图1).叶绿体基因组注释结果表明, 鲁桑叶绿体基因组包含130个功能基因, 包括85个蛋白编码基因、37个tRNA基因和8个rRNA基因(表2).在这些基因中, 18个基因(7个蛋白编码基因、7个tRNA基因和4个rRNA基因)在反向重复区重复.此外, 研究发现16个基因(10个蛋白编码基因和6个tRNA基因)有1个内含子, 另外2个基因(ycf3和clpP)有2个内含子.trnK-UUU基因包含蛋白编码基因matK, 并含有长度为2 626 bp的最大内含子, 这与其它绿色植物具有相似的特性(Zhang et al., 2013).叶绿体基因组的GC含量为36.2%, 这与31%-38%的双子叶植物的GC含量相似, 而IR、LSC和SSC区的GC含量分别为42.9%、33.9%和29.3% (表1). ...