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本文采用高盐低pH法提取和纯化鳞秕泽米铁(Zamia furfuracea L.f)和托叶铁(Stangeria eriopus(Kunze)Baillon)叶绿体DNA,并利用第二代测序高通量Solexa测序技术测定其叶绿体基因组全序列,对基因进行注释及分析,并与已发表的台东苏铁(Cycas taitungensis C.F.Shen et al.)叶绿体基因组序列进行比较基因组分析。获得主要的结论如下:
1.鳞秕泽米铁和托叶铁叶绿体基因组长度分别为164413bp和167895bp,基因的排列顺序及转录方向与台东苏铁基本一致。两个叶绿体基因组均由四部分结构组成:大的单拷贝区(LSC区)、小的单拷贝区(SSC区)、两个反向重复序列IR区(IRa和IRb,将LSC区和SSC区隔开)。鳞秕泽米铁和托叶铁LSC区的长度分别为90148bp和94884.bp,IR区分别为25640bp和24955bp,SSC区分别为22985bp和231081bp。鳞秕泽米铁共有134个基因,包括87个蛋白编码基因、39个tRNA基因、8个rRNA基因。托叶铁共有133个基因,包括87个蛋白编码基因、38个tRNA基因、8个rRNA基因。托叶铁缺失了IRb区的trnH-GUG基因,推测可能是托叶铁IR区缩短的原因。
2.鳞秕泽米铁和托叶铁的叶绿体基因组中分别检测到216和231条简单重复序列(SSR)。其中富含A/T组成的SSR频率最高,而富含G/C的重复单元SSR频率最低。简单重复序列在基因间隔区的的分布大于其在基因中的分布,约为基因中的2倍。
3.RNA编辑预测在鳞秕泽米铁、托叶铁叶绿体基因组中C→U转换次数分别为44次、40次,两种预测的RNA编辑数目相差不大。
4.鳞秕泽米铁叶绿体基因组GC含量为39.73％,托叶铁叶绿体基因组GC含量为39.71%。rRNA基因GC含量偏高,并且rRNA基因全部存在于IR区,所以导致IR区的GC含量偏高。
5.对鳞秕泽米铁、托叶铁和台东苏铁叶绿体基因组的基因编码区、内含子和基因间隔区分别进行P距离(P-distance)计算,并参照DNA条形码标记筛选标准,得到8个DNA条形码的候选基因片段matK、chlN、ndhG、rpl16、chlB、ndhI、chlL、rpl2和11个基因间隔区候选片段atpF-atpH、trnH-GUG-psbA、rpl32-trnP-GGG、psbA-trnK-UUU、ycf4-cemA、trnL-UAA-trnF-GAA、ndhF-rpl32、psbK-psbI、trnD-GUC-trnY-GUA、trnC-GCA-petN、atpH-atpl可被用作苏铁目DNA条形码的标记片段。
6.苏铁类植物在几亿年的进化过程中非常保守,具有较稳定的叶绿体基因组结构。苏铁类叶绿体基因组相比较IR区极度缩短或缺失的松杉类(conifer)植物,与银杏、买麻藤类及被子植物相似,都具有长的IR区。苏铁类叶绿体基因组序列总长较大、所含基因数目最多,其他裸子植物银杏类、松杉类和买麻藤类序列总长都有不同程度的压缩减小及基因的缺失现象。