中国贝母的基因条带和系统进化分析
发布日期：2022-04-27 浏览次数：2106
中国贝母的基因条带和系统进化分析
本文是Qi Chen , Haisu Hu and Dequan Zhang来自University of Dali University 发表的，研究内容是中国贝母的基因条带选择和系统进化分析等。文章发表时间2022年1月22日，杂志《Frontiers in plant science》，影响因子5.753 (2区Q1)。
摘要：
基于传统特征的分类和通用DNA条形码（ITS、trnH psbA和rbcL）很难识别有效地识别物种。
在完整的叶绿体基因组以及各个barcode的基础上上，探讨了中国物种的系统发育，然后计算每个节点的分化时间。四个基因区域（ycf1，matK-trnG-GCC、rpoC1和matK）的分辨率明显高于其他质体区域，但只有matK可能适合于在中国鉴定贝母属物种。物种分群与地理分布存在明显的关系。
实验材料和方法
材料：
共有73个体，来自21个物种。鲜叶，用作分子材料，从实地调查中的健康和成熟个体中取样，然后用变色硅胶干燥。对于每个物种从一个或两个群体中的个体中抽取样本2-6进行分析代表物种内的遗传变异。与此同时，在开花或结果期的3-5.个体保存为替代；同时，采样的地理信息位置由全球定位系统给定。
部分物种信息如下截图：
方法：
实验：从大约100毫克的干细胞中提取总基因组DNA根据改良CTAB法。对DNA进行定量检查在1.2%琼脂糖凝胶上进行电泳，并测定其浓度使用SmartSpecTM Plus分光光度计检测。纯化的总DNA（约5μg）通过超声波切割成碎片，构建成对末端库的平均长度为500 bp。
组装：使用Trimomatic v.0.32过滤。然后，使用bowtie2 v.2.3.4.3以及SPAdes v.3.10进行组装。从头组装图是使用bandage v.8.0进行可视化和编辑，然后形成了完整的叶绿体基因组。
注释：通过MAFFT对齐。注释基因采用Generious v.11.1.4使用OGDRAW v.1.32013可视化。
DnaSPv. 6.11用于计算插入/删除（INDEL）和核苷酸变异性（Pi）所有对齐的数据集。
P-距离，GC含量，采用MEGA分析。分歧时间进化树采用beast。
结果与讨论
完成了73次叶绿体基因组由环状双链DNA组成，从F.unibractata的151012 bp至152888 bp，具有典型的四方结构由一对IRs（26071–26746 bp）组成，由LSC（80988-82453 bp）和SSC（17038-17565 bp）区域。全面的完整质体基因组的GC含量为36.9%–37.1%。
部分的基因区域以及基因间隔区如下表：
使用三种方法（blast、距离和建树）进行识别。在这些方法中，blast倾向于为大多数地区提供最高的成功率。
高可变区域的差异详细结果如下：
根据上图的ycf1拥有比较好的区分效果，用全序列做出的NJ树和只用ycf1做出来的树进行比对。发现仅仅使用ycf1也能很好的有自展值。
根据最大似然（ML）、最大简约（MP）和贝叶斯分析（BI），对25种贝母进行了系统发育分析完整的叶绿体基因组。ML拓扑结构如图（A）左侧所示。对于图（B）右侧的拓扑结构，数字上面的节点是自展值，左边有ML自展值，中间有MP自展值，右边有贝叶斯后验概率（pp）值。颜色代表中国贝母属的四个主要分支（A）和五种中药贝母的原始种。
通过84个叶绿体基因组的分歧时间进化树的构建。发现主要的分群是在中新世。
相比之下，三个质体基因区（ycf1、matK -trnG-GCC、rpoC1）显示出更好的物种识别分辨率贝母属。在这些区域中，已经提出了ycf1作为叶绿体基因组中最有潜力的DNA条形码。
对于陆生植物，但rpoC1提供的此外，matK-trnG -GCC包含更多可变位点因此，这三个基因座是合适的，可以被提议作为来自cpDNA基因组的特定DNA条形码用于鉴别贝母属植物。然而，根据DNA条形码的选择标准，候选基因座可以排除在特定的DNA条形码之外因为他们的长度，因为这种情况可能会增加难度设计引物、扩增和测序。对于剩下的基因区域中，只有matK能提供高度的歧视性贝母属植物的成功。
文章亮点：
1. 通过不同地区大量的样本有力的证实了贝母属的分歧进化时间，以及地理位置的影响。
2. 通过比对高变区，基因区，基因间区的分歧成功率，评估各个区间作为条带的可靠性。
3. 为寻找半特异性的基因条带提供了一定的支持。
