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黑涩楠叶绿体全基因组的结构和比较分析及系统进化推断

王传永, 庄典, 宋正达, 翟恒华, 李乃伟, 张凡

植物学报 2025, 60 (4): 573-585. DOI: 10.11983/CBB24146

摘要（146）

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黑涩楠(Aronia melanocarpa)因其观赏价值和经济价值而闻名, 但其与其它蔷薇科植物的系统进化关系仍不明确。该研究对黑涩楠叶绿体(cp)基因组进行测序, 并与13个蔷薇科物种的叶绿体基因组进行比较分析。结果表明, 黑涩楠的cp基因组大小为159 772 bp, 呈典型的四分结构; 其中大单拷贝区(LSC)长度为87 810 bp, 小单拷贝区(SSC)长度为19 200 bp, 中间含有2个26 381 bp的反向重复区(IRa和IRb)。共注释到132个基因, 包括87个蛋白质编码基因、37个tRNA和8个rRNA。还检测到76个简单重复序列(SSR)和50个长重复序列。系统进化分析表明, 黑涩楠与红涩楠(A. arbutifolia)的亲缘关系最近, 与榅桲(Cydonia oblonga)是姊妹支系。该研究提供的基因组信息将为后续的系统进化和种群遗传分析以及分子育种提供理论支持。

Amino acids	Codon	No.	RSCU	Amino acids	Codon	No.	RSCU
Phe	UUU	975	1.3	Ala	GCU	645	1.84
Phe	UUC	526	0.7	Ala	GCC	217	0.62
Leu	UUA	912	1.95	Ala	GCA	390	1.11
Leu	UUG	565	1.21	Ala	GCG	148	0.42
Leu	CUU	593	1.27	TER	UAA	51	1.76
Leu	CUC	186	0.4	TER	UAG	21	0.72
Leu	CUA	363	0.78	TER	UGA	15	0.52
Leu	CUG	181	0.39	His	CAU	493	1.55
Ile	AUU	1123	1.47	His	CAC	145	0.45
Ile	AUC	440	0.58	Gln	CAA	727	1.54
Ile	AUA	730	0.96	Gln	CAG	217	0.46
Met	AUG	627	1	Asn	AAU	987	1.53
Val	GUU	524	1.44	Asn	AAC	305	0.47
Val	GUC	167	0.46	Lys	AAA	1068	1.49
Val	GUA	552	1.52	Lys	AAG	364	0.51
Val	GUG	208	0.57	Asp	GAU	889	1.62
Ser	UCU	573	1.69	Asp	GAC	208	0.38
Ser	UCC	330	0.97	Glu	GAA	1035	1.48
Ser	UCA	408	1.2	Glu	GAG	363	0.52
Ser	UCG	190	0.56	Cys	UGU	226	1.49
Ser	AGU	411	1.21	Cys	UGC	77	0.51
Ser	AGC	128	0.38	Trp	UGG	458	1
Pro	CCU	421	1.56	Arg	CGU	340	1.27
Pro	CCC	201	0.74	Arg	CGC	112	0.42
Pro	CCA	310	1.15	Arg	CGA	370	1.38
Pro	CCG	149	0.55	Arg	CGG	121	0.45
Thr	ACU	551	1.6	Arg	AGA	493	1.84
Thr	ACC	251	0.73	Arg	AGG	173	0.65
Thr	ACA	423	1.23	Gly	GGU	589	1.31
Thr	ACG	153	0.44	Gly	GGC	183	0.41
Tyr	UAU	801	1.61	Gly	GGA	725	1.62
Tyr	UAC	194	0.39	Gly	GGG	295	0.66

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表4 黑涩楠叶绿体基因组中的密码子用法

正文中引用本图/表的段落

密码子退化, 即同义密码子编码单一氨基酸的现象, 具有重要的生物学意义, 可使生物有效避免有害突变(Morton, 2003)。然而, 退化密码子家族中的同义密码子在植物进化过程中会出现使用偏差(Liu and Xue, 2005)。相对同义密码子使用度(RSCU)是检测密码子偏好程度的有效指标(Sharp and Li, 1987)。因此, 我们分析了黑涩楠cp基因组中的密码子使用频率和RSCU。编码蛋白质的基因共有79 848个碱基和26 616个密码子。根据编码21种氨基酸的64个可能密码子, 该cp基因组中出现频率最高和最低的氨基酸分别是亮氨酸(2 800, 10.52%)以及半胱氨酸(303, 1.14%)。这种现象在其它被子植物质体中也很常见(Chiapella et al., 2019)。通常情况下, 同义密码子偏好根据RSCU值可分为4类: 无偏好(RSCU≤1.0)、低偏好(1.0<RSCU<1.2)、中偏好(1.2≤RSCU≤1.3)和高偏好(RSCU>1.3) (Zhao et al., 2010)。在本研究中, 有30种密码子的RSCU值大于1.0, 其中2种为低偏好(1.0<RSCU<1.2), 7种为中偏好(1.2≤RSCU≤1.3), 21种为高偏好(RSCU>1.3); 除密码子UUG外, 其余密码子大多以A或U结尾。相比之下, 34个无偏好(RSCU≤1.0)密码子大多以C或G结尾(表4)。

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