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石仙桃与细叶石仙桃叶绿体基因组解析及其系统发育

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草业学报 2024年第4期33卷 171-185页

作者：刘保财胡学博张武君赵云青黄颖桢陈菁瑛福建省农业科学院作物研究所福建福州350003 华中农业大学植物科技学院湖北武汉430070 福建省农业科学院药用植物研究中心福建福州350003

石仙桃和细叶石仙桃均为珍稀濒危的附生兰,两者叶绿体基因组特征及其系统发育报道较少,本研究旨在揭示石仙桃和细叶石仙桃叶绿体基因组特征及其系统发育。2022年5月取驯化栽培的石仙桃和细叶石仙桃幼嫩叶片,基于Illumina测序平台分别获... 详细信息

石仙桃和细叶石仙桃均为珍稀濒危的附生兰,两者叶绿体基因组特征及其系统发育报道较少,本研究旨在揭示石仙桃和细叶石仙桃叶绿体基因组特征及其系统发育。2022年5月取驯化栽培的石仙桃和细叶石仙桃幼嫩叶片,基于Illumina测序平台分别获得石仙桃和细叶石仙桃叶绿体序列,用GetOrganelle组装、CPGAVAS2注释,利用生物信息学方法开展重复序列、密码子偏好性、四分体边界等叶绿体特征分析,并从NCBI上下载相关的序列开展基因组比较与系统发育分析。石仙桃叶绿体基因组大小为159122 bp(GC含量为37.41%),细叶石仙桃叶绿体基因组大小为158798 bp(GC含量为37.47%),两者均包括大单拷贝区(LSC)、小单拷贝区(SSC)和反向重复序列(IRa/IRb)。石仙桃与细叶石仙桃均注释了113个基因,其中编码蛋白质的基因79个,石仙桃中编码79个蛋白质基因使用22968个密码子,编码亮氨酸的UUA相对同义密码子使用频次(RSCU)达到1.90;细叶石仙桃中编码79个蛋白质的基因使用22923个密码子,编码亮氨酸UUA的RSCU达到1.91。石仙桃叶绿体基因组中共有44个简单序列重复(SSR)、47个散在重复、26个串联重复;细叶石仙桃有32个SSR、25个散在重复、30个串联重复。石仙桃属6个物种的四分体边界及共线性无大片段变化,但存在核苷酸多态性,trn K-UUU、trn Q-UUG、rpl16等基因可作为物种的分子标记候选基因。系统分析明确了石仙桃和细叶石仙桃等石仙桃属物种与蜂腰兰和流苏贝母亲缘关系较近,并同处于附生兰的分支中,叶绿体基因组大片段倒置等可能是兰科适应生活习性改变的原因之一。本研究明确了石仙桃和细叶石仙桃叶绿体基因组特征,探讨了其系统发育及兰科生活习性与叶绿体基因组之间的关系,为进一步分类和分子标记开发等相关研究奠定了基础。

关键词：石仙桃细叶石仙桃叶绿体基因组系统发育附生

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叶绿体基因编辑技术:进展与展望

中国草地学报 2024年第6期46卷 126-134页

作者：原明星尹康权李俄仁措尚海忠杜芳北京林业大学生态与自然保护学院北京100083 北京林业大学草业与草原学院北京100083 青海省三江集团有限责任公司青海西宁810100 北京市房山区上方山(林场)国家森林公园管理处北京102423

叶绿体是植物进行光合作用,参与多个代谢途径和免疫反应的重要场所。叶绿体基因组非常小,只有100多个基因,但对植物生长发育具有重要意义。本文首先总结了叶绿体的起源、结构与功能及叶绿体基因组研究的最新进展。其次,梳理了同源重组... 详细信息

叶绿体是植物进行光合作用,参与多个代谢途径和免疫反应的重要场所。叶绿体基因组非常小,只有100多个基因,但对植物生长发育具有重要意义。本文首先总结了叶绿体的起源、结构与功能及叶绿体基因组研究的最新进展。其次,梳理了同源重组、碱基编辑两种叶绿体基因编辑技术,重点介绍了碱基编辑技术中的胞嘧啶碱基编辑器和腺嘌呤碱基编辑器,认为相较于传统的同源重组技术,碱基编辑技术可以针对特定靶位点进行定向修饰,单次选择就能获得同质转化植株,且可以不用保留外源DNA片段,实现了非转基因的基因编辑。最后展望了叶绿体基因编辑技术的广阔发展前景,以期促进精准高效的叶绿体基因编辑工具开发,为研究叶绿体基因功能以及加速对叶绿体的合理利用开辟新思路。

关键词：叶绿体叶绿体基因组基因编辑同源重组碱基编辑

秃杉素对水绵的抑制活性及叶绿体超微结构的影响

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华南农业大学学报 2024年第3期45卷 371-380页

作者：孙楠王梦雨陈家欣周利娟华南农业大学植物保护学院/绿色农药国家重点实验室广东广州510642

【目的】探究从秃杉Taiwania flousiana中提取得到的除草活性物质秃杉素(4-O-α-thevetopyranosyldiphyllin,TSC-3)对水生植物水绵Spirogyra communis的抑制活性和对其叶绿体的影响。【方法】采用乙醇萃取−分光光度法测定秃杉素对水绵... 详细信息

【目的】探究从秃杉Taiwania flousiana中提取得到的除草活性物质秃杉素(4-O-α-thevetopyranosyldiphyllin,TSC-3)对水生植物水绵Spirogyra communis的抑制活性和对其叶绿体的影响。【方法】采用乙醇萃取−分光光度法测定秃杉素对水绵叶绿素和类胡萝卜素的IC50。采用显微镜以及透射电镜技术观察不同质量浓度秃杉素对水绵显微结构和超微结构的影响。【结果】经秃杉素处理7 d后,水绵的类胡萝卜素、叶绿素a、叶绿素b及总色素的IC50分别为3.41、31.50、47.34和29.30 mg·L^(−1)。秃杉素能破坏水绵细胞的细胞壁,引起细胞膜消失、叶绿体解体、类囊体完全消失、淀粉粒分散以及蛋白核降解和碎片化。【结论】秃杉素可降低水绵叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的含量,对类胡萝卜素的抑制较其他色素更强;秃杉素主要作用于叶绿体和细胞壁。本研究为解释植物源除草化合物秃杉素的除草机理提供了基础的理论依据,也为水生藻类的防控提供了理论依据。

关键词：植物源除草剂秃杉素水绵叶绿体类囊体

秃杉素对水绵的抑制活性及对其叶绿体的超微结构影响

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华南农业大学学报 2024年

作者：孙楠王梦雨陈家欣周利娟华南农业大学植物保护学院/绿色农药国家重点实验室

【目的】探究从秃杉中提取得到的除草活性物质秃杉素(4-O-α-thevetopyranosyldiphyllin， TSC-3)对水生植物水绵Spirogyra communis的活性和对其叶绿体的影响。【方法】采用乙醇萃取-分光光度法测定秃杉素对水绵叶绿素和类胡萝卜素的IC... 详细信息

【目的】探究从秃杉中提取得到的除草活性物质秃杉素(4-O-α-thevetopyranosyldiphyllin， TSC-3)对水生植物水绵Spirogyra communis的活性和对其叶绿体的影响。【方法】采用乙醇萃取-分光光度法测定秃杉素对水绵叶绿素和类胡萝卜素的IC50(抑制中浓度)。采用显微镜以及透射电镜技术观察不同浓度秃杉素对水绵显微结构和超微结构的影响。【结果】经秃杉素处理7 d后，水绵的类胡萝卜素、叶绿素a、叶绿素b及总色素的IC50值分别为3.41、31.50、47.34和29.30 mg·L-1。秃杉素能破坏水绵细胞，破坏其细胞壁，引起细胞膜消失、叶绿体解体、类囊体完全消失、淀粉粒分散以及蛋白核降解和碎片化。【结论】秃杉素可降低水绵叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的含量，对类胡萝卜素的抑制较其他色素更强；秃杉素造成水绵细胞结构被破坏，叶绿体螺旋结构完全解体，主要作用于叶绿体中的叶绿体类囊体和细胞壁。本研究为植物源除草化合物秃杉素的除草机理提供了基础的理论依据，也为水生藻类的防控提供了理论依据。

关键词：植物源除草剂秃杉素叶绿体类囊体

普通核桃与深纹核桃中叶绿体基因组密码子使用特征对比

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江苏农业学报 2024年第8期40卷 1507-1520页

作者：朱艳韩长志西南林业大学林学院/云南省森林灾害预警与控制重点实验室云南昆明650224

本研究旨在对比分析普通核桃与深纹核桃中叶绿体基因组密码子的使用偏好性,对普通核桃与深纹核桃中各53条蛋白质编码区序列开展预测分析,明确上述2种核桃叶绿体基因组中的最优密码子,为未来开展核桃物种的亲缘关系研究提供理论依据。利... 详细信息

本研究旨在对比分析普通核桃与深纹核桃中叶绿体基因组密码子的使用偏好性,对普通核桃与深纹核桃中各53条蛋白质编码区序列开展预测分析,明确上述2种核桃叶绿体基因组中的最优密码子,为未来开展核桃物种的亲缘关系研究提供理论依据。利用Codon W 1.4.2和在线软件CUSP等分析普通核桃与深纹核桃中的叶绿体基因组密码子,获得相对同义密码子使用度(RSCU)、有效密码子数(ENC)、G+C含量等参数,再进行中性绘图分析、有效密码子数分析及奇偶偏好性分析。普通核桃与深纹核桃中叶绿体基因组的密码子适应指数均为0.167,ENC均在45.00以上,表明密码子偏好性弱。普通核桃与深纹核桃中叶绿体基因组密码子的G+C含量整体表现为:基因中所有密码子第1位碱基G+C的含量(GC_(1))>基因中所有密码子第2位碱基G+C的含量(GC_(2))>基因中所有密码子第3位碱基G+C的含量(GC_(3))。进一步分析发现,第3位碱基的使用频率表现为T大于A,G大于C。从普通核桃中筛选出14个最优密码子,从深纹核桃中筛选出17个最优密码子,其中共有23个最优密码子在第3个位置偏好以A/U结尾。总之,普通核桃和深纹核桃中叶绿体基因组密码子偏好性主要受到自然选择的影响,本研究结果可以为进一步探索核桃抗性遗传基因的改良和表达提供理论基础和数据支撑。

关键词：普通核桃深纹核桃叶绿体基因组同义密码子偏好性

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棕红悬钩子叶绿体的基因组结构与序列特征分析

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西南林业大学学报(自然科学) 2024年第4期44卷 93-105页

作者：李启少王正德李建运王飞李子涵朱文汤嘉莹辛雅萱李斌辛培尧西南林业大学国家林业和草原局西南风景园林工程技术研究中心西南林业大学西南地区生物多样性保育国家林业和草原局重点实验室毕节市林业科学研究所

对棕红悬钩子叶绿体基因组测序后进行中性绘图、ENC-plot、PR2-plot和SSR位点分析，比对并构建17个悬钩子属植物和2个大叶路边青属植物系统发育树。以棕红悬钩子叶绿体基因组为参考，分析17种植物间的核苷酸多态性值，筛选高变区位点，... 详细信息

对棕红悬钩子叶绿体基因组测序后进行中性绘图、ENC-plot、PR2-plot和SSR位点分析，比对并构建17个悬钩子属植物和2个大叶路边青属植物系统发育树。以棕红悬钩子叶绿体基因组为参考，分析17种植物间的核苷酸多态性值，筛选高变区位点，比较棕红悬钩子与另外9个物种的IR边界区的收缩和扩张情况。结果表明：棕红悬钩子叶绿体基因组全长156 266 bp，其中大单拷贝区85 849 bp，小单拷贝区18 855 bp、双向重复区25 781 bp；共注释出129个基因，包括86个蛋白质编码基因、35个tRNA基因和8个rRNA基因；选择压力是影响密码子使用偏好性的首要因素，16个最优密码子均以A/U结尾；棕红悬钩子SSR偏好使用A、T碱基。棕红悬钩子与锈毛莓、蛇泡筋亲缘关系较近，17种悬钩子属植物叶绿体基因组序列之间相似度较高，基因编码区比非编码区更为保守，变异主要发生在非编码区的相邻基因间隔区内，悬钩子属植物IR/SC边界较为保守。研究结果可为后期悬钩子属植物的分类鉴定及系统发育分析提供参考。

关键词：棕红悬钩子叶绿体基因组密码子系统发育

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暴马丁香的叶绿体微卫星特征分析

分子植物育种 2024年第8期22卷 2501-2507页

作者：田甜王宏霞青海民族大学生态环境与资源学院西宁810007 青海民族大学青海省特色经济植物高值化利用重点实验室西宁810007

暴马丁香具有很高的观赏价值和药用价值。为研究暴马丁香叶绿体微卫星特征,本研究在暴马丁香叶绿体全基因组序列(156141 bp)的基础上,采用MISA v1.0软件,分析其叶绿体全基因组序列,共识别出231个微卫星位点(平均每676 bp出现一个)。其中... 详细信息

暴马丁香具有很高的观赏价值和药用价值。为研究暴马丁香叶绿体微卫星特征,本研究在暴马丁香叶绿体全基因组序列(156141 bp)的基础上,采用MISA v1.0软件,分析其叶绿体全基因组序列,共识别出231个微卫星位点(平均每676 bp出现一个)。其中,叶绿体微卫星主要集中于大单拷贝区(94.52%),主要由A、T构成。重复序列中主要以单碱基重复序列为主,占重复序列总数的66.97%。微卫星长度集中在8~19 bp,占96.79%,有7个叶绿体微卫星长度大于20 bp,说明暴马丁香叶绿体基因组上的微卫星位点大多数具有多态性的潜能。实验结果为暴马丁香的物种鉴定和系统发育研究提供理论基础。

关键词：暴马丁香微卫星叶绿体

TSWV侵染番茄引起紫脉的叶绿体超微结构病变和质体色素物质代谢的关系

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广西植物 2024年

作者：李妤吴阔王田田杨长楷杨育揆张仲凯云南思农蔬菜种业发展有限责任公司云南省农业科学院生物技术与种质资源研究所/云南省农业生物技术重点实验室

病毒侵染植物后引起叶、花和果实色素代谢异常，如番茄斑萎病毒（tomato spotted wilt orthotospovirus,TSWV）侵染番茄后引起紫脉症状，但病毒对寄主植物色素代谢干扰的影响机制尚未明确。本研究以感染TSWV的番茄（Solanum lycopersicu... 详细信息

病毒侵染植物后引起叶、花和果实色素代谢异常，如番茄斑萎病毒（tomato spotted wilt orthotospovirus,TSWV）侵染番茄后引起紫脉症状，但病毒对寄主植物色素代谢干扰的影响机制尚未明确。本研究以感染TSWV的番茄（Solanum lycopersicum）品种‘草莓番茄’不同发病程度紫脉叶片样品为实验材料，分析紫脉叶片中叶绿体超微结构病变、质体色素物质含量及其相关性。结果表明：（1）TSWV侵染的番茄叶片中叶绿体结构畸变程度随紫脉症状的加深而逐渐加重，质体小球的数量及体积增加，基粒的数量降低，叶绿素a、b及总叶绿素含量降低。（2）总叶绿素含量与质体小球数量呈负相关，与基粒数量呈正相关。（3）紫脉叶片中类胡萝卜素合成途径相关酶基因（ZEP,PDS,LCYE等）及色素转录调控因子AP2a、MYB12和PIF1a的表达水平显著降低。（4）TSWV侵染番茄后其N基因复制表达引起番茄叶片叶绿体超微结构病变和色素合成代谢变化，进而引起叶片出现紫脉症状。上述结果为进一步探索TSWV侵染寄主植物后颜色症状形成的机制提供新的途径。本研究首次报道了TSWV侵染番茄引起紫脉叶片的叶绿体超微结构病变和色素物质之间的关系，色素代谢调控因子可能是TSWV致病的新靶点，并为通过靶点基因编辑抗TSWV番茄种质创制提供新的方向。

关键词：番茄斑萎病毒番茄紫脉叶片叶绿体色素类胡萝卜素质体小球

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蒙古扁桃叶绿体遗传特征分析

北方园艺 2024年第2期 31-37页

作者：段春燕王晓凌河南科技大学农学院河南洛阳471000

以古老孑遗植物蒙古扁桃为试材,基于Illumina HiSeq X^(Ten)平台测序,采用生物信息学分析方法,研究了蒙古扁桃叶绿体基因组特征和系统发育情况,以期为蒙古扁桃和近缘种物种鉴定、系统发育地位以及早春观赏植物和西北荒漠草地植物的育种... 详细信息

以古老孑遗植物蒙古扁桃为试材,基于Illumina HiSeq X^(Ten)平台测序,采用生物信息学分析方法,研究了蒙古扁桃叶绿体基因组特征和系统发育情况,以期为蒙古扁桃和近缘种物种鉴定、系统发育地位以及早春观赏植物和西北荒漠草地植物的育种培育提供参考依据。结果表明:蒙古扁桃叶绿体基因组为四分体式结构。其蛋白编码基因共编码26428个密码子,有29种是偏好密码子。密码子UUU数目最多,达1034个;密码子GCG数目最少,为137个。编码亮氨酸的密码子数目最多(2637个),占总量的9.98%;编码色氨酸的密码子数目最少(531个)仅占到1.94%。根据设置参数,发现蒙古扁桃叶绿体基因组中串联重复有16个,SSR位点有31个。SSR大多位于基因间区IGS和LSC区域。SSR中未检测到三核苷酸重复。基于叶绿体全基因组序列数据发现蒙古扁桃与桃亚属的桃和甘肃桃亲缘关系较近。

关键词：蒙古扁桃叶绿体密码子重复序列系统发育