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作者: 来源: 发布于:2017-3-10 16:02:29 点击量:

 

榆树(Ulmus pumila L.)又名春榆、白榆等,素有“榆木疙瘩”之称,为榆科落叶乔木,生于海拔1000-2500米以下之山坡、山谷、川地、丘陵及沙岗等处。榆树喜光,耐旱、耐寒、耐瘠薄,不择土壤,适应性很强。榆树具有良好的生长习性,其根系发达,抗风力、保土力强,萌芽力强,生长快,寿命长,耐修剪,耐干冷气候及中度盐碱,但不耐水湿(能耐雨季水涝)。它还具抗污染性,叶面滞尘能力强。榆树不仅可供家具、车辆、农具、器具、桥梁、建筑等用,其果实(榆钱)、树皮、叶、根还可入药,此外,由于其优良的生长习性,还是重要的园林用树。

叶绿体作为植物细胞器的重要组成部分和光合作用的器官,其在生物进化的漫长历史中发挥了重要作用。伴随着生物技术的深入发展,人们发现叶绿体基因组结构和序列的信息在揭示物种起源、进化演变及其不同物种之间的亲缘关系等方面具有重要价值。与此同时,比核转化具有明显优势的叶绿体转化技术在遗传改良、生物制剂的生产等方面显示出巨大潜力,而叶绿体基因组结构和序列分析则是叶绿体转化的基石。

目前的研究结果表明,叶绿体基因组的结构非常保守,双链环形DNA有4个基本部分组成,分别是大单拷贝区(large single copy region,LSC),小单拷贝区(small single copy region,SSC),反向重复区A(inverted repeat region A,IRA) 和反向重复区B(inverted repeat region B,IRB),2个IR区域的序列相同,但方向相反。

叶绿体基因组结构(来源于网络)

鉴于叶绿体的重要作用,本研究利用高通量测序技术对榆树叶绿体基因组进行了研究,值得一提的是,该研究是对榆科植物叶绿体基因组的首次报道,将为该科植物的叶绿体研究提供重要的参考信息。

 

 

 

材料

 

 

 

选取了榆属的5个地方和野生材料的叶片组织,分别是榆树(Ulmus pumila L.),裂叶榆(Ulmus laciniata Mayr.), 黑榆(Ulmus davidiana Planch.), 春榆(Ulmus davidiana Planch. var. japonica(Rehd.) Nakai),大果榆(Ulmus macrocarpa Hance)

 

 

 

方法

 

 

 

榆树叶绿体提取及叶绿体DNA获取

叶绿体基因组de novo测序

De novo组装、gap填充和基因组注释

选择压力、共线性和系统进化分析

 

 

 

研究结果

 

 

 

1、榆属植物叶绿体基本特征

榆属5份材料叶绿体基因组大小在158,953bp至159,453bp,其中最大的是春榆,最小的是裂叶榆。LSC的变异较大(87,633bp至88,547bp),其中最长的是大果榆,然后依次是春榆、榆树、裂叶榆、黑榆。从结果中可以看出,榆属的不同物种的叶绿体基因组大小在进化中由于自然选择的作用发生了变化。

 

榆属5份材料与其近缘植物桑科和模式植物(烟草、拟南芥、杨树)的共线性分析显示,它们的叶绿体基因组基因顺序与其他物种具有高度保守性。其中,榆科与桑科植物的基因组同源性最高。

 

 

2、叶绿体基因的gain-loss事件

榆属5份材料与桑科、大麻科和模式植物(烟草、拟南芥、杨树)的比较分析使得研究人员确定,在psbL、rps16、rrn5S、petB、petD、rrn16S、rrn23Srrn4.5S之后,infA、lhbA、sprAycf68基因也容易在进化中丢失。榆属5份材料的比较分析结果显示,黑榆与其他4个物种相比丢失了trnH基因,而裂叶榆丢失了ndhC基因。

3、榆属植物叶绿体基因组变异分析

榆属5份材料叶绿体基因组变异分析结果显示,春榆的变异位点最多(total:360,SNV:286,indel:74),其次是黑榆 (total:351,SNV:296,indel:55),裂叶榆(total:318,SNV:260,indel:58),大果榆(total:297,SNV:251,indel:46)。

由于叶绿体的母系遗传特性,叶绿体基因大多保守,大部分变异是位于基因间的,在本研究中,春榆有8个基因发生了基因内变异,黑榆和大果榆分别有6个基因发生了变异,裂叶榆有7个基因发生了变异。其中rpoC1基因具有最多的变异位点。

该研究是榆属叶绿体基因组的首次报道,对进一步研究光合作用、进化和叶绿体转基因工程具有重要意义。


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参考文献

 

 

 

Zuo L H, Shang A Q, Zhang S, et al. The first complete chloroplast genome sequences of Ulmus species by de novo sequencing: Genome comparative and taxonomic position analysis[J]. PloS one, 2017, 12(2): e0171264.

邢少辰, CLARKE JIHONG LIU. 叶绿体基因组研究进展[J]. 生物化学与生物物理进展, 2008, 35(1):21-28.

 

 

 

 

 



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