西南林业大学生物多样性保护学院在兰科叶绿体基因组演化方面取得新进展

来源：在职研究生招生信息网发布时间：2024-01-31 11:25:52

　　蝴蝶兰属（Phalaenopsis Bl.）是一类具有较高观赏价值的附生兰，为兰科树兰亚科万代兰族指甲兰亚族成员，分布于热带亚洲至澳大利亚。全世界约有40~45种，我国有22种，包括5个中国特有种，见于南方热带和亚热带地区的常绿阔叶林下。

　　近年来，由于森林破碎化和人为干扰加剧，蝴蝶兰属野生资源的保护和利用备受关注。然而，由于研究资料较少，且取样不足、缺乏足够的遗传变异位点分子信息，蝴蝶兰属的分类系统及其与近缘类群的亲缘关系存在较大争议，与该属所在的指甲兰亚族等被视为兰科分类系统学中的“黑洞”，亟待更多证据来澄清。

　　为进一步挖掘叶绿体基因组遗传信息在兰科分类系统方面的多样性及变化，我校生物多样性保护学院兰科多样性研究小组选择了中国特有的华西蝴蝶兰（Phalaenopsis wilsonii）和仅分布于中缅边界的滇西蝴蝶兰（Phalaenopsis stobartiana）为研究对象，利用高通量测序技术（Illumina Novaseq）获得了两种兰花的叶绿体全基因组序列，利用相关软件完成了叶绿体基因组结构组装和基因注释，分析了它们的基因组序列特征，包括RSCU、IR边界、mVISTA、变异位点等，并构建了系统发育树。

　　首先，该研究结果基于测序获得的高质量叶绿体全基因组序列，组装了两种兰花的叶绿体基因组图谱，均为典型的环状四分体结构，GC含量均为36.8%，同时编码109个单拷贝基因，包括5个NADH脱氢酶((NA (D)H dehydrogenase)基因，IR区域均具20个重复基因，有 16个基因存在1个或多个内含子。

　　其次，基因组比较分析支持蝴蝶兰属的叶绿体基因组结构较为稳定，但是在属内种间，其IR区域边界存在扩增与收缩(图3)。编码区与非编码区的序列比较结果表明，SC区域的序列变异性大于IR区域。多数蛋白编码基因表现出较高的密码子偏好性，45个基因表现出正向选择。

　　再次，基于来自60种有代表性兰科植物的CDS序列构建的系统树分析表明，包括滇西蝴蝶兰和华西蝴蝶兰在内的蝴蝶兰属植物在万代兰族里构成一个支持率较高的分支。基于matK基因序列构建的系统树分析表明(图4)，本文研究的两种蝴蝶兰属植物与浙江蝴蝶兰形成支持率较高的一个分支，支持这三个物种应该放在柏氏蝴蝶兰亚属(subgen. Parishianae)的落叶蝴蝶兰组(sect. Aphyllae)。

　　该研究近期以题为”Complete chloroplast genome structural characterization of two Phalaenopsis ( Orchidaceae ) species and comparative analysis with their alliance”，在国际知名生物学领域期刊《BMC基因组学》(BMC Genomics，IF= 4.4，中科院2区TOP)在线发表。本文第一作者为2021级硕士研究生陶磊，系李青青教授和李璐副研究员联合培养;共同作者2021级研究生段涵宁和2020级研究生陶凯锋参与了数据分析，中国科学院西双版纳热带植物园罗艳研究员参与了论文设计，李璐副研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金项目(32060049)支持。

　　近5年来，该研究小组围绕着兰科叶绿体基因组多样性的系统演化，积累了丰富的研究数据，在相关杂志上发表叶绿体基因组论文10余篇，为进一步澄清和理解兰科分类系统学提供了分子遗传信息。其中， 2021年在国际生物学领域期刊《植物多样性》(Plant diversity，IF = 4.8，中科院2区)发表了题为“Chloroplast genomic diversity in Bulbophyllum section Macrocaulia (Bl.) Aver. (Orchidaceae, Epidendroideae, Malaxideae): Insights into species divergence and adaptive evolution”。接下来，该研究小组还将继续扩大取样范围，进一步挖掘叶绿体基因组的分类系统学意义，为兰科物种多样性形成及其传粉生物学适应提供科学依据。

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