2022年叶绿体基因组文章有哪些新思路？

叶绿体是植物把光能转化为化学能的重要细胞器，具有独立的基因组，随着基因测序技术的发展，叶绿体基因组在植物学研究中的应用越来越广泛。目前叶绿体基因组NCBI 已公布8679个，这些基因组对揭示植物光合作用的机制和代谢调控具有重要意义，助于理解细胞核基因组与叶绿体基因组之间的相互调节作用。

目前叶绿体基因组主要于光合作用机制、物种鉴定、系统发育、居群遗传学、谱系地理学、核质互作、叶绿体基因工程等研究。

如何让文章快速见刊，不妨做几个叶绿体基因组吧！

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南京集思慧远生物科技有限公司在叶绿体基因组测序组装注释分析经验丰富，技术精准熟练，对比较难组装的特殊物种比如杜鹃花科，部分豆科蕨类植物（重复序列较多无法得到准确结构）也有一定的组装经验。

公司研发该产品以来已陆续发表了一百多篇叶绿体基因组文章，在叶绿体基因组文章“久久为功”研究其“文章套路”。起初单个的叶绿体基因组可以发一篇3-5分二三区文章，但就目前叶绿体基因组研究而言如果想轻轻松松发一篇3-5分的二三区SCI 文章，单个叶绿体基因组不能满足要求，需测3-5个叶绿体基因组组装注释分析进行遗传进化研究。

下面展示的叶绿体是研究思路及客户在以上研究领域的案例

研究思路

客户案例案例一：居群遗传学研究

收录较多的期刊展示

论文ID

原名：The analysis of genetic structure and characteristics of the chloroplast genome in different Japanese apricot germplasm populations

译名：不同梅子种质群体叶绿体基因组遗传结构及特征分析

期刊：BMC Plant Biology

IF：5.26

发表时间：2022.7

通讯作者：高志红

通讯作者单位：南京农业大学

DOI：10.1186/s12870-022-03731-5

结果

146个cp基因组的大小从157,886-158,167 bp不等，都是典型的四分体环状结构：一对反向重复区域(26391 ~ 26395 bp)、小单拷贝区(18992 ~ 19049 bp)、大单拷贝区(86084 ~ 86379 bp)。各cp基因组平均GC含量为36.74%，最高36.75%，最低36.72%。不同区域GC含量存在差异，LSC区为34.53 ~ 34.58%，SSC区为30.22 ~ 30.42%，IR区为42.56 ~ 42.58%。不同类群叶绿体基因组的长度和GC含量存在一定差异，野生组基因组长为157,886 ~ 158,167， LSC区86,064 ~ 86,379，SSC区18,992 ~ 19,049,IR区26,391 ~ 26,395；GC总含量36.72 ~ 36.75,LSC区34.53 ~ 34.58,SSC区30.32 ~ 30.42,IR区42.56 ~ 42.58。

146个cp基因组的编码区基因进行核苷酸变异分析，发现42个不同蛋白编码基因存在核苷酸多样性，高核苷酸多样性主要分布在LSC区，而非SSC和IR区。rpl33、psbI、rpl32、rps16-CDS2、rpoC1-CDS1、petD-CDS2、ndhD、ycf1和rps11基因的π值最高;rps33的核苷酸变异性最高。与编码区相比，基因间区域的核苷酸多样性较高，其中rps19-psbA、rps3rpl22、ccsA-ndhD、psbhh - petb、rpl14-rpl16、psaJ-rpl33、rpl32-ccsA、matK-rps16和ndhI-ndhA π值最高，rps19-psbA的核苷酸多样性最高。

PCA显示，PCA1、PCA2和PCA3分别占变异量的52.49、22.49和10.83%。类群中西藏、贵州毕节、云南野生材料为近缘类群，贵州荔波野生材料为单一类群。日本、广东、台湾、浙江样品组成一个近缘群，福建野生样品组成了一个近缘群。系统发育树结果显示，146份种质资源被划分为5个分支。

146个样品中共发现41个单倍型，野生类群鉴定32个单倍型，占所有单倍型的78.05%，26个为野生类群特有。驯化组鉴定出11个单倍型，占所有单倍型的26.83%，5个为唯一单倍型。育种群体鉴定出6个单倍型，占所有单倍型的14.63%，4个单倍型是唯一的。这三个群体共有两个单倍型。野生居群共有32个单倍型，其中云南地区单倍型数量最多，鉴定出14个单倍型，占总数的43.75%;贵州次之，8个单倍型，占总数的25%；西藏地区单倍型最少，只有1个，但西藏地区的样本数量也最少。此外，广东地区的单倍型比例也非常高。

案例二：谱系地理学研究

论文ID

原名：The Complete Chloroplast Genomes of Primula obconica Provide Insight That Neither Species nor Natural Section Represent Monophyletic T axa in Primula (Primulaceae)

译名：鄂报春叶绿体基因组揭示既不是种也不是自然组呈现报春花属多态分类群

期刊：genes

IF：4.096

发表时间：2022.3

通讯作者：李强

通讯作者单位：西北高原生物研究所

DOI：10.3390/genes13040567

结果

16个鄂报春叶绿体基因组它们为典型的四分体结构，包括LSC、SSC和两个反向 IR区，基因组大小153,584 bp - 154,028 bp 。LSC/SSC与IR区比长度变化相对较大，LSC为84,712 bp / 84,403 bp， SSC从17,743 bp-17,347 bp 。基因组包含128个基因，分别是83个PCGs，8个r RNAs、37个tRNAs。PCGs中6个含有重复基因，22含有一个内含子。ycf3和clpP有两个内含子，它们也被反式拼接成三个外显子。

16个数据把鄂报春叶绿体基因组作为参考基因组分析其SNP，检测到 1915 高质量 SNPs， 346 InDels，ZP2变异体最多，YN1和YN2的SNP数量最少。LSC区域的SNP数量相对较高，蛋白质编码基因区，15个蛋白质编码基因具有丰富的单核苷酸多态性，ycf1 SNP数量最多的（133个）。基因间区域，matK-rps16、rps16 psbK、psbI atpA、psbM psbD、rps4 ndhJ、ndhCatpE、rbcL psaI、psbE petL和ndhF-rpl32具有更多的序列变异，而psbM-psbD基因间间隔区的SNP数量最多。非同义突变与同义突变的比率为1.1667。YN、SCD、SCB基因组序列上的变异比其他材料更多。HN群体没有物种特异性SNP，YN群体拥有最多的特异性SNP。大多数共享SNP在ycf1基因中检测到，且ycf1在种内水平上的变异似乎更多。

基于SNP数据构建ML树 显示了两个主要分支。四川（SCB和SCD）和云南种群（YN）聚集在一个分支中表明这两个种群之间关系密切。湖北种群（HBE和HBD）、栽培材料（ZP1和ZP2）和湖南种群（HND和HNL）表现出密切的相关关系。基于SNP和INDEL的PCA分析研究群体遗传结构，16物种分为2组。为了了解分歧历史，TreeMix调查鄂报春迁移事件，SCD作为外群。TreeMix显示了相对较高的基因流，出现在HBE和湖南人群中（HNL和HND）。观察到SCB向湖南种群和YN向HBE的弱基因流，没有观察到栽培材料与SCD和HBD群体之间的基因流。

100份材料共有的77个蛋白质编码基因构建了ML树，绝大多数节点获得了90%以上的置信值，显示了三个主要分支，都具有相同的拓扑结构。第一分支包括7个：Obconicolisteri, Sect. Dryadifoiia, Sect.Bullatae, Sect. Monocarpicae, Sect. Carolinella, Sect. Cortusoides, Sect. Auganthus。Dryadifoiia。

第二分支包括8个分别是 Sect. Aleuritia, Sect. Minutissimae, Sect.Soldanelloides, Sect. Denticulata, Sect. Capitatae Pax, Sect. Sikkimensis, Sect. Souliei, Sect. Primula。Sect. Proliferae Pax, Sect. Petiolares, Sect. Amethyatina, Sect.

Crystallophlomis, Sect. Ranunculoides 形成第三分支，其中 Sect. Proliferae Pax 、Sect. Crystallophlomis 未形成单系。

案例三：系统发育研究

论文ID

原名：The Complete Chloroplast Genome of Carya cathayensis and Phylogenetic Analysis

译名：山核桃叶绿体全基因组及系统发育分析

期刊：Genes

IF：4.141

发表时间：2022.2

通讯作者：申建双

通讯作者单位：浙江农林大学暨阳学院

DOI：10.3390/genes13020369

利用 Illumina HiSeq2500平台测序山核桃叶绿体基因组，利用SPAdes、CpGA V AS等软件组装注释山核桃叶绿体基因组，获得完整的环状叶绿体基因组，全长 160,825 bp，GC含量为 36.13%。它为典型的四分体结构，LSC长 90,115 bp，SSC长 18,760 bp，IRs长25,975 bp；有129 基因，84个 PCGs，37个 tRNAs，8个 rRNAs。基因组有252 个SSRs，55个散在重复序列。选择压力分析基因rps15、rpoA、rpoB、petD、ccsA、atpI、ycf1-2受正向选择压力影响。46个物种的全基因组构建系统发育树发现胡桃科为单系，山核桃与贵州山核桃、美国山核桃是姐妹分支。基因组比较分析发现IR边界区变化比较大，C. cathayensis与C. illinoinensis的链接点一致，C. kweichowensis的IR区比较大（40,943 bp）；核苷酸多样性分析非编码区的分化程度高于编码区。山核桃高度多样的基因、LSC分子间重组，以及串联重复的共同发生致使其多样化，这些结果表明在系统发育研究中有很大的潜力。山核桃的叶绿体基因组为进一步研究重要的经济物种提供了有价值的信息。

案例四：物种分类

论文ID

原名：The Analysis of Chloroplast Genomes Provides Insights Into the Evolution of

Agropyron

译名：叶绿体基因组为冰草属进化提供见解

期刊：Frontiers in Genetics

IF：4.772

发表时间：2022.1

通讯作者：韩慧杰

通讯作者单位：内蒙古农业大学

DOI：10.3389/fgene.2022.832809

为了更好地了解冰草属植物分类、系统发育关系、物种间的变异，研究冰草属的植物叶绿体基因组是非常必要的。本文测序了冰草属5个物种(A. cristatum×A. desertorumFisch.Schult，A.desertorum，A.desertorumFisch.Schult.cv.Nordan，A. michnoiRoshev, andA. mongolicumKeng)的叶绿体基因组,另外做了与其他11个物种的比较分析。结果表明五个叶绿体基因组为典型四分体结构，基因组大小从135.445bp-135.486bp，GC含量38.32%–38.33%。基因组排列和结构保守，LSC长79,613 bp-79,634 bp，SSC长 12,760 bp-12,768 bp，IR长43,060 bp-43,090 bp；包括129个基因，38 个tRNAs、8个 rRNAs、83 个PCGs；A.cristatum 比冰草属其他物种短，仅含有109个基因，29 个tRNAs, 4个rRNAs，76 PCGs。A.mongolicum的ropC2 基因，A. michnoiand的 ccsA基因Ka/Ks值相对较高，表明这两个基因在进化过程中存在明显的突变。五种叶绿体基因组的SSRs数量分别是 171、 171、 170、 169、 173、 169个，单核苷酸数量最多，大部分是poly A或poly T。叶绿体基因组结构比较分析发现冰草属的物种结构相似，,trnG-GCC、matK、petL、ccsA、rpl32 具有较高的核苷酸多样性，可以作为分类学研究中的分子标记。系统发育关系分析表明物种分成2分支，Hordeum属聚在一支，其他的聚成另一支，冰草属聚为一个亚类，A. mongolicunKeng与A. michnoi 关系较近。A. desertorumFisch. Schult、A. desertorum、A. cristatum×A. desertorumFisch.Schult 为同一个组，A. desertorum与A. cristatum×A. desertorumFisch.Schult亲缘关系最近，因为他们是A. desertorum和A. cristatum杂交产生的，A. mongolicum与A. michnoi亲缘关系较近；另外的物种与冰草属亲缘关系更近。本研究为进一步了解冰草属的进化、遗传和系统发育关系提供了基础。

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