论文部分内容阅读
[目 的]泽芹属（Sium）隶属于伞形科芹亚科（Apioideaesubfamily Apioideae）水芹族（Oenantheae）,虽然其属内物种据文献记载目前仅有10种,但由于其广泛的地理分布和比较重要的系统学地位,该属物种的研究一直受到科研工作者的广泛关注。绉叶茴芹（Pimpinella crispulifolia）是H.de Boissieu 在 1909 年基于采自云南石林老圭山的一份标本而发表的新种,因为缺少成熟果实的特征,该种的系统位置一直存疑。本研究首先通过形态学观察和分子系统学分析解决绉叶茴芹的系统位置;其次通过对五种泽芹属植物六个个体的叶绿体基因组进行组装和注释,比较其叶绿体基因组的结构特点和序列特征,筛选用于泽芹属DNA条形码标记的高变区域,分析其密码子偏好性及成因,并基于叶绿体全基因组构建泽芹属的系统发育关系,以填补泽芹属植物在叶绿体基因组研究领域的空白。[方 法]（1）绉叶茴芹的系统位置:将采集到的绉叶茴芹标本与模式标本进行形态学比较,并将其ITS序列加入芹亚科ITS大矩阵,利用RAxML进行最大似然法分析,构建ML系统树。（2）泽芹属的叶绿体基因组分析:①序列注释及拼接:测序得到的rawreads使用FastQC按默认参数进行质量控制,去除接头和低质量序列,随后用GetOrganelle对过滤后的叶绿体基因组数据进行组装。拼接好的叶绿体基因组在Geneious中进行基因编码区的注释,同时统计全基因组序列和各个区域的长度、GC含量、基因组成,利用在线软件OGDRAW绘制叶绿体基因组图谱,最后用IRSCOPE绘制泽芹属植物IR边界区域。②序列相似性分析:利用MAFFT对泽芹属6个个体的叶绿体基因组序列进行比对,以泽芹个体1（S.suave 1）的叶绿体基因组序列作参考,用mVISTA做序列相似性分析。利用DnaSP进行滑动窗口分析,评估核苷酸多态性（Pi）,以滑动窗口长度600bp,步长200bp绘制Pi分布图。③系统发育分析:从NCBI下载5个水芹族类群的叶绿体基因组加入泽芹属矩阵,以矮泽芹为外类群,利用最大似然法和贝叶斯法构建系统发育树。④密码子偏好性分析:将注释完成的泽芹属叶绿体基因组输入Geneious,提取蛋白编码基因序列。利用DAMBE和CodonW分析密码子各种指标,每个基因的GC含量,并计算二核苷酸频率和RSCU值。用R语言ggplot绘制相关图表,基因表达量和同义密码子对的相关性分析指标也用R语言自带的相关性函数cor.test进行计算。[结 果]（1）绉叶茴芹的系统位置:形态上与泽芹属相似,具有簇状根、一回羽状分裂的叶片,长而反折的花柱,果实具突出且木栓质加厚的棱;系统树上,绉叶茴芹位于水芹族的泽芹分支,与滇西泽芹的亲缘关系较近。（2）泽芹属的叶绿体基因组研究:①组装和注释:泽芹属植物的叶绿体基因组为典型的四分体结构,由一对反向重复区,一个大单拷贝区和一个小单拷贝区组成。叶绿体DNA的总长度从 153024bp（S.ventricosum）到 154929bp（S.tenue）,共含有 129 个基因,包含84个蛋白质编码基因,37个tRNA基因和8个rRNA基因,其中16个基因位于IR区,各有两个拷贝。②序列相似性分析:基于叶绿体基因组比较分析,泽芹属植物的叶绿体基因组高度保守。除滇西泽芹外,其余类群的IR边界区域基因顺序和含量高度保守,没有明显的扩张和收缩事件发生。通过滑动窗口分析筛选出9个高变区域,分别对应的是2个基因间隔区域（ndhF-ndhD区间和rps15-ycf1区间）和 7 个基因区域（trnG-UCC,trnE-UUC,trnL-UAA,pasl,rpl16,ndhA,ndhH）。③系统发育分析:利用最大简约法和最大似然法基于叶绿体全基因组构建的系统树表明,泽芹属的类群在水芹族聚成一个单系,包括两个分支。Clade 1包括泽芹,中亚泽芹和S.tenue,Clade 2包括中国特有的两个泽芹属物种,滇西泽芹和绉叶泽芹,两个分支构成得到强烈支持的姐妹群。此外,泽芹取自台湾和新疆的两个个体聚在一起。④密码子分析:泽芹属6个个体的叶绿体基因组基因序列中核苷酸含量相差不大,密码子第三位点的AU含量显著高于GC含量。二核苷酸频率分析表明,密码子不同位点的碱基含量差异可能与相邻碱基的种类有关。RSCU＞1的密码子均以A或者U进行结尾,而RSCU＜1的密码子大部分以G和C结尾,只有少数几个密码子以A结尾。中亚泽芹（S.medium）和S.tenue有4个首选密码子,而在滇西泽芹（S.ventricosum）中没有找到任何首选密码子,其余泽芹属个体均有3个首选密码子。泽芹属植物叶绿体基因组的各种基因参数（GC3,基因表达量,蛋白质长度,氨基酸的疏水性和芳香性）对其密码子的ENC值和RSCU值的影响分析,结果表明GC3含量是影响其密码子使用模式的主要因素,也说明在进化过程中突变压力是形成其密码子偏好性的主要进化驱动力。[结 论]（1）绉叶茴芹应该被转移到泽芹属中,重新命名为绉叶泽芹Sium crispulifolium（H.de Boissieu）J.Zhou;（2）泽芹属植物的叶绿体基因组在结构、基因顺序和内容及GC含量等方面高度保守,但是可以提供足够的信息位点用于解析泽芹属的系统发育关系,并准确鉴定泽芹属物种。在长期的演化过程中,泽芹属植物叶绿体基因密码子使用模式的主要进化驱动力为突变作用,而其它作用力如选择作用和漂变作用在这个过程中也会产生影响。