唇形科三種藥用植物葉綠體全基因組及科內(nèi)的比較與進化分析.pdf

1、葉綠體是維持植物生命活動的重要細胞器，為植物的生長發(fā)育提供能量保障，在植物漫長進化中發(fā)揮了不可替代的作用。中醫(yī)藥是中華民族的瑰寶，中藥材品質(zhì)直接影響中醫(yī)藥的傳承與發(fā)展，尤其是道地藥材摻雜使假，嚴重降低了中藥材的療效，阻礙了中醫(yī)藥的發(fā)展。葉綠體基因組因其獨特的結(jié)構(gòu)與進化保守性，被廣泛應用在基因工程，系統(tǒng)進化以及物種鑒別中。然而大多數(shù)中藥材葉綠體全基因組測序還沒有完成，限制了應用葉綠體基因組鑒別中藥材真?zhèn)蔚陌l(fā)展。本文開展了薄荷（Mentha

2、 haplocalyx Briq.），白毛夏枯草(Ajuga decumbens Thunb.)和活血丹(Glechoma longituba(Nakai)Kupr)三種常用唇形科藥用植物葉綠體基因組研究，不僅豐富了該科物種的遺傳數(shù)據(jù)信息，為系統(tǒng)進化分析提供了重要的科學依據(jù)，更為中藥材的鑒別奠定了基礎。
　　本課題分離純化薄荷，白毛夏枯草和活血丹三種唇形科藥用植物的葉綠體DNA，利用二代測序技術(shù)，并通過生物信息學方法獲得了三種植物

3、的葉綠體全基因組序列，分析其序列結(jié)構(gòu)特征，并與唇形科其他物種的葉綠體基因組進行了比較與進化分析，主要結(jié)果如下:
　　(1)薄荷，白毛夏枯草，活血丹的葉綠體基因組長度分別為152，050bp，150，377bp和151，768bp，且均具有雙鏈環(huán)狀四部分結(jié)構(gòu)，即一對反向重復(Inverted Repeat，IR)將大單拷貝（Large Single Copy，LSC）和小單拷貝(Small Single Copy，SSC)分開。三種

4、植物的葉綠體基因組具有相似的基因內(nèi)容及順序，編碼了80個蛋白編碼基因，30個tRNA基因和4個rRNA基因。本課題進一步分析了三種植物各區(qū)域堿基組成，密碼子偏好性以及簡單序列重復等特征，對最優(yōu)密碼子設計、分子標記開發(fā)具有重要價值。
　　(2)結(jié)合NCBI上已有的葉綠體全基因組序列，在唇形科中進行了比較分析。通過序列間差異性分析，得到IR和蛋白編碼區(qū)在進化過程中具有更強的保守性，同時也發(fā)現(xiàn)一些高可變區(qū)域，可進一步開發(fā)作為潛在的分子標

5、記。在唇形科中搜索保守的small inversion(SI)結(jié)構(gòu)，得到了兩個SI并預測其發(fā)夾結(jié)構(gòu)。通過計算同義替換率與錯義替換率的比值，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)基因在進化過程中都受到純化選擇的壓力。
　　(3)分別使用最大簡約分析，最大似然分析和貝葉斯分析，利用80個蛋白編碼基因重構(gòu)唇形科內(nèi)的系統(tǒng)進化關(guān)系。三種分析方法得到了相同的拓撲結(jié)構(gòu)且大部分節(jié)點具有較高的支持率。本課題新報道的三種植物在進化樹中的位置均被強烈支持，且與傳統(tǒng)分類學結(jié)果相符