大麻木槿叶绿体全基因组序列及锦葵科比较分析

大麻木槿叶绿体全基因组序列及锦葵科比较分析

   红麻（Hibiscus cannabinus）是世界上生长最快的韧皮之一，属于锦葵科。然而，迄今为止尚未报道红麻的系统分类和叶绿体（cp）基因组。在这项研究中，我们对红麻的cp基因组进行了测序，并对锦葵科进行了系统发育和比较分析。H. cannabinus cp 基因组的大小为 162,903 bp，包含 113 个独特的基因（79 个蛋白质编码基因、4 个 rRNA 基因和 30 个 tRNA 基因）。系统发育分析表明，H. cannabinus cp 基因组序列与Talipariti hamabo和Abelmoschus esculentus 的关系比与Hibiscus syriacus 的关系更近，这与分类关系不一致。进一步分析得到的CP基因组注释的新版本木槿，发现小的单拷贝（SSC）区域的取向变化的锦葵科广泛存在。在锦葵科中鉴定出高度可变的ycf1和高度保守的基因rrn32。特别是，讨论了与系统发育分析相关的 cp 基因组中两种不同 SSC 方向的解释。这些结果提供了对锦葵科芙蓉属的系统分类的见解。

  介绍

  叶绿体（cp）是一种以双层膜和类囊体结构为特征的质体，含有高浓度的叶绿素，是细胞进行光合作用的场所（Mustardy et al., 2008 ; Schattat et al., 2011 )，通过光子中的光能被接收并通过氧化还原反应转化为化学能 ( Jagendorf and Uribe, 1966 ; Neuhaus and Emes, 2003 )，通过提供食物、衣服、燃料和氧气来维持地球上的生命（Jin and Daniell , 2015）。cp 是包含自己基因组的两个细胞器之一（另一个是线粒体）。自从 1986 年在烟草中报道了第一个完整的 cp 基因组以来，越来越多的 cp 基因组已被报道并保存在国家生物技术信息中心 (NCBI) 数据库中。通常，被子植物中的 cp 基因组高度保守，具有长度为 115 至 165 kb 的圆形双螺旋结构，由大单拷贝区域（LSC；80-90 kb）和小单拷贝区域组成(SSC; 16–27 kb) 由一对反向重复序列 (IR) 隔开（Ozeki 等人，1989 年；Palmer，1991 年；Daniell 等人，2016 年）。一般来说，陆地植物的 cp 基因组包含 110-113 个不同的基因，其中大部分编码参与光合作用的蛋白质（约 79 个），其余编码转移 RNA（约 30 个）和核糖体 RNA（4）（Jansen 等人., 2005；Dong 等人，2013b；Daniell 等人，2016 年）。在被子植物谱系的cp基因组中，可以观察到基因的突变、重复、丢失和重排（Lee等，2007）。然而，与核和线粒体基因组相比，cp 基因组在 DNA 序列、组织和结构方面最为保守。由于这些原因，cp 基因组被广泛用于植物物种之间的系统发育分析。例如，吴等人。(2017)基于58个共有cp蛋白编码基因的序列阐明Commelinids的进化关系( Wu et al., 2017 )，Shen et al. （2017）揭示之间的关系姐姐青蒿和A. fukudo基于五个菊科物种的序列差异分析（Shen等人，2017）。

红麻（Hibiscus cannabinus）是世界范围内种植的重要天然纤维作物（Qi et al., 2007）。红麻主要种植在中国、印度、孟加拉国、马来西亚、南非、泰国、美国和东南欧（熊，2008）。来自洋麻的纤维广泛用于绳索、粗布和纸张。最近，来自红麻的材料被开发用于多种用途，例如服装级布料、绝缘材料、工程木材、包装材料和动物饲料（Sellers，1999）。此外，红麻具有高光合作用效率和高生物质产量，具有发展成为生物燃料的潜力。在生物学上，红麻对干旱和盐碱具有很强的适应性和抗逆性。程等人，2004 年；萨蒂亚，2012 年；徐等，2013；张等人，2013 年）。由于这些特性，红麻在许多国家被认为是一种必不可少的作物，并受到了研究人员的广泛关注。木槿属锦葵科共有100多个属，在世界范围内分布广泛（Duarte等，2011）。迄今为止，该科共发表了35个cp基因组，其中32个属于棉属。Hibiscus syriacus , Abelmoschus esculentus和Talipariti hamabo 是已报告 cp 基因组的物种。

在这项研究中，展示了另一种芙蓉属植物H. cannabinus的完整 cp 基因组序列。首先，获得cp基因组序列，并对其基因含量和组织进行评估。其次，对锦葵科物种进行了比较分析。最后，鉴定了锦葵科cp基因组的高度可变和保守基因。完整的cp基因组序列将有助于阐明锦葵科的进化和系统发育关系。