红花变豆菜叶绿体基因组结构及同属种间关系研究

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2022.03.013

植物研究 ›› 2022, Vol. 42 ›› Issue (3): 437-445.doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2022.03.013

红花变豆菜叶绿体基因组结构及同属种间关系研究

杨晨, 姚雪莹, 陈志祥, 王奇志()

华侨大学化工学院，厦门 361021

收稿日期:2021-04-22 出版日期:2022-05-20 发布日期:2022-05-20
通讯作者: 王奇志 E-mail:wqz@hqu.edu.cn;wqz@hqu.deu.cn
作者简介:杨晨（1996—），女，硕士研究生，主要从事植物分类与植物系统发育的研究。
基金资助:
国家自然科学基金项目(31500162);国家标本平台教学标本子平台项目(2005DKA21403-JK);中国大学校园植物网站建设的子课题（K纵20180947）;2018年中医药公共卫生服务补助专项“全国中药资源普查项目”(财社〔2018〕43);福建省自然科学基金面上项目（变豆菜属2个重要姊妹种的亲缘地理学研究,2020J01078）

Chloroplast Genome Structure and Interspecies Relationship of Sanicula rubriflora

Chen YANG, Xueying YAO, Zhixiang CHEN, Qizhi WANG()

Institute of Chemical Engineering of Huaqiao University，Xiamen 361021

Received:2021-04-22 Online:2022-05-20 Published:2022-05-20
Contact: Qizhi WANG E-mail:wqz@hqu.edu.cn;wqz@hqu.deu.cn
About author:YANG Chen（1996—），female，master student，main engaging in plant classification and plant phylogeny research.
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(31500162);Specimen Platform of China,Teaching Specimens Sub-platform(2005DKA21403-JK);Sub-topics on the construction of Chinese university campus plant websites(K Longitudinal 20180947);National Special Fund for Chinese medicine resources Research in the public Interest of China(2018-43);General Project of the Natural Science Foundation of Fujian Province（Geographical study of two important sister species of the genus Sanicula,2020J01078）

摘要/Abstract

摘要：

红花变豆菜（Sanicula rubriflora F. Schmidt）是有药用价值的植物，全株干燥后与其他药用同属植物易混淆，种间关系存在争议，通过高通量测序技术对红花变豆菜叶绿体基因组测序，利用生物信息学方法对测序数据进行拼接、注释，首次报道红花变豆菜叶绿体基因组结构及特点，利用叶绿体基因组数据，提供种间分类新证据，并且分析相关类群的进化关系。S. rubriflora叶绿体基因组序列的长度为155 721 bp，其中包括一个85 981 bp的大单拷贝区（large single copy，LSC）和一个17 060 bp的小单拷贝区（small single-copy region，SSC），它们被两个26 340 bp的反向重复区（inverted repeat sequence，IRs）隔开。红花变豆菜叶绿体基因组GC含量为38.20%，包含129个基因，其中84个蛋白质编码基因，37个tRNA基因和8个rRNA基因。红花变豆菜叶绿体基因组结构具有高度保守性，其中编码基因共有51 907个密码子，最多编码5 095个亮氨酸，最少编码689个色氨酸，简单重复序列分析共发现32个位点，大多数是单碱基重复的A/T类型。叶绿体基因组聚类结果支持天胡荽亚科（Hydrocotyloideae）是伞形科（Umbelliferae）内比较原始的类群；变豆菜亚科（Saniculoideae）和芹亚科（Apioideae）为姊妹类群，是伞形科较进化的类群；变豆菜属植物是一个相对自然的类群；红花变豆菜与黄花变豆菜（S. flavovirens）为近缘姊妹种，但是两者形态和地理分布差异较大。该研究结果为变豆菜属属下种间鉴定及其种间演化奠定基础。

关键词: 红花变豆菜, 叶绿体基因组, 种间关系

Abstract:

As a kind of medicinal herb， Sanicula rubriflora F. Schmidt is easily confused with other medicinal plants of the same genus after drying and interspecific relationship is controversial. The structure and characteristics of the chloroplast genome of S. rubriflora were reported for the first time， the sequencing data was spliced and annotated using bioinformatics methods， and the chloroplast genome structure and phylogeny were further analyzed. The length of the chloroplast genome sequence of S. rubriflora was 155 721 bp， including a large single copy region（LSC） of 85 981 bp and a small single copy region（SSC） of 17 060 bp， and were separated by inverted repeat sequence（IRs） of 26 340 bp. The GC content of the chloroplast genome of S. rubriflora was 38.20% and contained 129 genes， 84 protein-coding genes， 37 tRNA genes and 8 rRNA genes respectively. The chloroplast genome structure of S. rubriflora was highly conservative. The coding genes contained a total of 51 907 codons， with 5 095 leucine and 689 tryptophan. Simple repeated sequence analysis revealed a total of 32 sites， and most of them were single base repeat A/T type. The clustering results of the chloroplast genome supported that the subfamily Hydrocotyloideae was a relatively primitive group in the Umbelliferae family. The subfamily Saniculoideae and Apioideae were sister groups， which were the more close relationship of the Umbelliferae. Sanicula was a relatively natural group. S. rubriflora and S. flavovirens were related sister species， but their morphology and geographical distribution were quite different. The results provid a basis for the interspecies identification of the genus Sanicula and lay the foundation for further study of its phylogenetic relationship and interspecies evolution.

Key words: Sanicula rubriflora, chloroplast genome, interspecies relationship

中图分类号:

Q944.58

杨晨, 姚雪莹, 陈志祥, 王奇志. 红花变豆菜叶绿体基因组结构及同属种间关系研究[J]. 植物研究, 2022, 42(3): 437-445.

Chen YANG, Xueying YAO, Zhixiang CHEN, Qizhi WANG. Chloroplast Genome Structure and Interspecies Relationship of Sanicula rubriflora[J]. Bulletin of Botanical Research, 2022, 42(3): 437-445.

图/表 6

表1

图1

表2

红花变豆菜叶绿体基因组注释基因

分类 Classification	基因家族 Gene Family	基因名称 Gene Name	数量 Quantity
光合作用相关 Genes for photosynthesis	光系统Ⅰ Photosystem Ⅰ	psa A，psa B，psa C，psa I，psa J	5
	光系统Ⅱ Photosystem Ⅱ	psb A，psb B，psb C，psb D，psb E，psb F，psb H，psb I，psb J，psb K， psb L，psb M，psb N，psb T，psb Z	15
	细胞色素b/f 复合物 Cytochrome b/f complex	pet A，pet B^，pet* D，pet G，pet L，pet N	6
	ATP合成酶 ATP synthase	atp A，atp B，atp E，atp F^，atp* H，atp I	6
	NADH脱氢酶 NADH dehydrogenase	ndh A^，ndh* B^a，ndh* C，ndh D，ndh E，ndh F，ndh G，ndh H，ndh I，ndh J，ndh K	12
	二磷酸核酮糖羧化酶大亚基 RubiscoCO large subunit	rbc L	1
自我复制 Self-replication	rRNA	rrn 16^a，rrn 23^a，rrn 4.5^a，rrn 5^a	8
	RNA聚合酶亚基 RNA polymerase	rpo A，rpo B，rpo C1^，rpo* C2	4
	核糖体小亚基（SSU） Ribosomal protein（SSU）	rps 2^，rps* 3，rps 4，rps 7^a，rps 8，rps 11，rps 12^，rps* 14，rps 15，rps 16^，rps* 18，rps 19	13
	核糖体大亚基（LSU） Ribosomal protein （LSU）	rpl 14，rpl 16，rpl 2^a，rpl* 20，rpl 22，rpl 23^a，rpl 32，rpl 33，rpl 36	11
	tRNA	trn A-UGC^a，trn* C-GCA，trn D-GUC，trn E-UUC，trn F-GAA，trn G-GCC^，trn* G-UCC，trn H-GUG，trn I-CAU^a，trn I-GAU^a，trn* K-UUU^，trn* L-CAA^a，trn L-UAA^，trn* L-UAG，trn M-CAU，trn N-GUU^a，trn P-UGG，trn Q-UUG，trn R-ACG^a，trn R-UCU，trn S-GCU，trn S-GGA，trn S-UGA，trn T-GGU，trn T-UGU，trn V-GAC^a，trn V-UAC^，trn* W-CCA，trn Y-GUA，trn fM-CAU	37
其他基因 Other genes	成熟酶Maturase	mat K	1
	被膜蛋白 Envelop membrane protein	cem A	1
	乙酰辅酶A羧化酶 Subunit of acetyl-CoA-carboxylase	acc D	1
	细胞色素C的合成基因 Synthetic gene of cytochrome C	ccs A	1
	蛋白酶Protease	clp P^**	1
	转录启动因子Transcription promoter	inf A	1
未知功能基因 Unknown function gene	保守假定的叶绿体开放阅读框 Hypothetical chloroplast reading frames	ycf 1，ycf 2^a，ycf 3^*，ycf* 4	5

表2

图2

表3

图3

参考文献 28

1	陈志祥.中国变豆菜属（伞形科）植物系统分类学研究［D］.厦门：华侨大学，2019.
	CHEN Z X.Taxonomic study on the genus Sanicula（Apiaceae） form China［D］.Xiamen：Huaqiao University，2019.
2	李岩，吕光辉，张雪妮，等.十字花科植物叶绿体基因组结构及变异分析［J］.西北植物学报，2017，37（6）：1090-1101.
	LI Y， LÜ G H， ZHANG X N，et al.Chloroplast genome structure and variation analysis of Brassicaceae species［J］.Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica，2017，37（6）：1090-1101.
3	李巧丽.广东桑和鲁桑叶绿体基因组高通量测序及基因注释分析［D］.杨凌：西北农林科技大学，2017.
	LI Q L.The complete chloroplast genome sequence of Morus atropurpurea and Morus multicaulis ［D］.Yangling：Northwest A & F University，2017.
4	李佳文，刘强，张静文，等.濒危红树植物莲叶桐叶绿体基因组及其系统进化［J］.西北林学院学报，2020，35（5）：54-61.
	LI J W， LIU Q， ZHANG J W，et al.Chloroplast genome of endangered Mangrove plants Hernandia nymphiifolia and its phylogenetic evolution［J］.Journal of Northwest Forestry University，2020，35（5）：54-61.
5	谢海坤.基于叶绿体基因组测序对中国野生葡萄进化及系统发育的研究［D］.北京：中国农业科学院，2017.
	XIE H K.The research of evolution and phylogeny of Chinese wild grapes based on chloroplast genome sequencing［D］.Beijing：Chinese Academy of Agricultural Sciences，2017.
6	WARISS H M， YI T S， WANG H，et al.The chloroplast genome of a rare and an endangered species Salweenia bouffordiana（Leguminosae） in China［J］.Conservation Genetics Resources，2018，10（3）：405-407.
7	周伟，宋春凤，吴宝成，等.中国伞形科野生观赏植物资源及其园林应用［J］.中国野生植物资源，2017，36（5）：68-70.
	ZHOU W， SONG C F， WU B C，et al.Wild ornamental plant resources of Apiaceae in China and their application to landscaping［J］.Chinese Wild Plant Resources，2017，36（5）：68-70.
8	中国科学院中国植物志编辑委员会.中国植物志［DB/OL］.［2020-11-25］..
	Chinese Academy of Science，Chinese Erthnography Editorial Board.Flora of China［DB/OL］.［2020-11-25］..
9	中国科学院中国植物志编辑委员会.Flora of China（英文）［DB/OL］.［2020-11-25］..
	Chinese Academy of Science，Chinese Erthnography Editorial Board.Flora of China［DB/OL］.［2020-11-25］..
10	中科院植物研究所.中国自然标本馆［DB/OL］.［2020-11-25］..
	Institute of Botany，Chinese Academy of Sciences.Chinese herbarium［DB/OL］.［2020-11-25］..
11	多识团队.多识植物百科［DB/OL］.［2020-11-25］..
	GroupDuocet.Duocet Wiki of Plants［DB/OL］.［2020-11-25］..
12	陈志祥，姚雪莹， Downie S R，等.变豆菜属15种植物的果实微形态特征及其分类学意义［J］.植物科学学报，2019，37（1）：1-9.
	CHEN Z X， YAO X Y， DOWNIE S R，et al.Fruit features of 15 species of Sanicula（Apiaceae） and their taxonomic significance［J］.Plant Science Journal，2019，37（1）：1-9.
13	杨晨，陈志祥，姚雪莹，等.中国15种变豆菜属植物的花粉形态及系统学分析［J］.植物研究，2020，40（6）：805-812.
	YANG C， CHEN Z X， YAO X Y，et al.Pollen morphology and systematic analysis of fifteen Sanicula species from China［J］.Bulletin of Botanical Research，2020，40（6）：805-812.
14	姚雪莹，陈志祥，王奇志.变豆菜属11种植物的叶表皮微形态特征研究［J］.植物研究，2019，39（5）：683-691.
	YAO X Y， CHEN Z X， WANG Q Z.Leaf epidermal micromorphological characters of 11 Species of Sanicula L.［J］.Bulletin of Botanical Research，2019，39（5）：683-691.
15	汪劲武.伞形科植物观（下）［J］.植物杂志，1990（1）：30-32.
	WANG J W.View of Umbelliferae plants （Part 2）［J］.Plant Journal，1990（1）：30-32.
16	ANDREWS S.Fast QC：a quality control tool for high throughput sequence data［Z］.2013.
17	LUO R B， LIU B H， XIE Y L，et al.SOAPdenovo2：an empirically improved memory-efficient short-read de novo assembler ［J］.GigaScience，2012，1（1）：2047-217X-1-18.
18	DIERCKXSENS N， MARDULYN P， SMITS G.NOVOPlasty：de novo assembly of organelle genomes from whole genome data［J］.Nucleic Acids Research，2017，45（4）：e18.
19	KEARSE M， MOIR R， WILSON A，et al.Geneious Basic：an integrated and extendable desktop software platform for the organization and analysis of sequence data［J］.Bioinformatics，2012，28（12）：1647-1649.
20	陈志祥，姚雪莹， Downie S R，等.直刺变豆菜叶绿体全基因组及其特征［J］.生物多样性，2019，27（4）：366-372.
	CHEN Z X， YAO X Y， DOWNIE S R，et al.Assembling and analysis of Sanicula orthacantha chloroplast genome［J］.Biodiversity Science，2019，27（4）：366-372.
21	古尔恰兰·辛格.植物系统分类学——综合理论及方法［M］.北京：化学工业出版社，2016.
	SINGH G.Plant systematics—an integrated approach［M］.Beijing：Chemical Industry Press，2016.
22	单人骅.变豆菜属植物新旧世界种类之比较［J］.科学，1950，32（1）：25-26.
	Shan R H.The genus Sanicula（Umbelliferae）in the old world and the new［J］.Science，1950，32（1）：25-26.
23	CALVIÑO C I， DOWNIE S R.Circumscription and phylogeny of Apiaceae subfamily Saniculoideae based on chloroplast DNA sequences［J］.Molecular Phylogenetics and Evolution，2007，44（1）：175-191.
24	VALIEJO-ROMAN C M， TERENTIEVA E I， SAMIGULLIN T H，et al.Relationships among genera in Saniculoideae and selected Apioideae（Umbelliferae） inferred from nrITS sequences［J］.Taxon，2002，51（1）：91-101．
25	DENG Y Q， WEN J， YU Y，et al.The complete chloroplast genome of Angelica nitida ［J］.Mitochondrial DNA Part B-Resources，2017，2（2）：694-695.
26	GE L， SHEN L Q， CHEN Q Y，et al.The complete chloroplast genome sequence of Hydrocotyle sibthorpioides（Apiales：araliaceae）［J］.Mitochondrial DNA Part B-Resources，2017，2（1）：29-30.
27	HUANG H， SHI C， LIU Y，et al.Thirteen Camelliachloroplast genome sequences determined by high-throughput sequencing：genome structure and phylogenetic relationships［J］.BMC Evolutionary Biology，2014，14（1）：151.
28	姚雪莹.直刺变豆菜的谱系地理学和遗传多样性研究［D］.厦门：华侨大学，2020.
	YAO X Y.Phylogeography and genetic diversity of Sanicula orthacantha ［D］.Xiamen：Huaqiao University，2020.

植物名 Plant name	亚科名 Subfamily Name	序列号 Serial number
穗序鹅掌柴 Schefflera delavayi（Franch.） Harms ex Diels	五加科 Araliaceae	NC_022813.1
Hydrocotyle verticillata Thunb	天胡荽亚科 Hydrocotyloideae Drude	HM596070.1
天胡荽 Hydrocotyle sibthorpioides Lam	天胡荽亚科 Hydrocotyloideae Drude	KT589392.1
紫花阔叶柴胡 Bupleurum boissieuanum H. Wolff	芹亚科 Apioideae Drude	NC_036017.1
Bupleurum falcatum L.		NC_027834
川明参 Chuanminshen violaceum Sheh et Shan		KU921430.2
野胡萝卜 Daucus carota L.		DQ898156.1
Hansenia oviformis（R.H.Shan） Pimenov & Kljuykov		NC_035055.1
Hansenia weberbaueriana（Fedde ex H.Wolff） Pimenov & Kljuykov		NC_035053.1
Peucedanum insolens Kitag		NC_033344.1
棱子芹 Pleurospermum camtschaticum Hoffm		NC_033343.1
茴香 Foeniculum vulgare Mill		NC_029469
旱芹 Apium graveolens L.		NC_041087.1
鸭儿芹 Cryptotaenia japonica Hassk		NC_046737.1
首阳变豆菜 Sanicula giraldii Wolff	变豆菜亚科 Saniculoideae Drude	MT528256
黄花变豆菜 Sanicula flavovirens Z.H.Chen，D.D.Ma et W.Y.Xie		MT528257
Sanicula odorata（Raf.） Pryer & Phillippe		MT528258
薄片变豆菜 Sanicula lamelligera Hance		MN966729
红花变豆菜 Sanicularubriflora F. Schmidt		MT528260
变豆菜 Sanicula chinensis Bunge		MK208987.1
直刺变豆菜 Sanicula orthacantha S. Moore		MK293943

编号 No.	类型 Type	简单重复序列 SSR	大小 Size	起始 Start	终止 End	所属区域 Area	编号 No.	类型 Type	简单重复序列 SSR	大小 Size	起始 Start	终止 End	所属区域 Area
1	P1	（A）10	10	3 931	3 940	LSC	17	P1	（T）11	11	67 017	67 027	LSC
2	P1	（A）10	10	5 140	5 149	LSC	18	P1	（A）10	10	67 383	67 392	LSC
3	P2	（AT）9	18	10 586	10 603	LSC	19	P1	（A）10	10	72 305	72 314	LSC
4	P1	（T）10	10	13 205	13 214	LSC	20	P1	（A）11	11	72 945	72 955	LSC
5	P1	（A）14	14	13 831	13 844	LSC	21	P1	（T）10	10	79 926	79 935	LSC
6	P1	（T）11	11	19 593	19 603	LSC	22	P1	（T）13	13	81 858	81 870	LSC
7	P1	（T）12	12	27 323	27 334	LSC	23	P1	（T）11	11	84 358	84 368	LSC
8	P2	（AT）9	18	30 725	30 742	LSC	24	P1	（T）14	14	86 052	86 065	IRa
9	P1	（A）13	13	32 475	32 487	LSC	25	P1	（T）11	11	100 139	100 149	IRa
10	P2	（TA）7	14	46 111	46 124	LSC	26	P1	（T）10	10	104 129	104 138	IRa
11	P2	（TA）6	12	48 190	48 201	LSC	27	P2	（AT）9	18	121 034	121 051	SSC
12	P1	（T）10	10	55 915	55 924	LSC	28	P1	（T）15	15	127 760	127 774	SSC
13	P1	（T）10	10	61 948	61 957	LSC	29	P1	（T）11	11	128 044	128 054	SSC
14	P2	（TA）7	14	63 379	63 392	LSC	30	P1	（A）10	10	137 565	137 574	IRb
15	c	（A）11tattacatata（AT）9	40	65 045	65 084	LSC	31	P1	（A）11	11	141 554	141 564	IRb
16	P1	（A）10	10	66 835	66 844	LSC	32	P1	（A）14	14	155 638	155 651	IRb

[1]	王飞, 赵文植, 董章宏, 马路遥, 李卫英, 李宗艳, 辛培尧. 丝兰属6种植物叶绿体基因组特征分析[J]. 植物研究, 2023, 43(1): 109-119.
[2]	芦永昌, 张鑫, 张璐燕, 王久利. 辽东丁香完整叶绿体基因组的结构与特征[J]. 植物研究, 2023, 43(1): 120-130.
[3]	穆赢通, 樊东昌, 吕丽娟, 李晓杰, 路景诗, 张晓明. 毛茛科和芍药科叶绿体基因组密码子特征和系统发育比较[J]. 植物研究, 2022, 42(6): 964-975.
[4]	张雨, 苏旭, 刘玉萍, 刘涛, 郑长远, 苏丹丹, 王亚男, 吕婷. 喜马红景天叶绿体基因组特征及其系统发育分析[J]. 植物研究, 2022, 42(4): 602-612.
[5]	夏铭泽, 张发起, 迟晓峰, 韩霜, 陈世龙. 梅花草属叶绿体基因组进化分析[J]. 植物研究, 2022, 42(4): 626-636.
[6]	苏丹丹, 刘玉萍, 刘涛, 郑长远, 张雨, 王亚男, 秦娜, 苏旭. 苦马豆叶绿体基因组结构及其特征分析[J]. 植物研究, 2022, 42(3): 446-454.
[7]	段义忠, 杜忠毓, 王海涛. 西北干旱区孑遗濒危植物四合木(Tetraena mongolica)叶绿体基因组特征研究及比较分析[J]. 植物研究, 2019, 39(5): 653-663.
[8]	张妍彤, 黄剑, 宋菊, 林丽梅, 冯若宣, 邢朝斌. 壳斗科植物叶绿体基因组结构及变异分析[J]. 植物研究, 2018, 38(5): 757-765.
[9]	刘玉萍, 吕婷, 朱迪, 周勇辉, 刘涛, 苏旭. 青藏高原特有种-藏扇穗茅叶绿体基因组测序及序列分析[J]. 植物研究, 2018, 38(4): 518-525.
[10]	何懿菡, 韩立敏, 刘玉萍, 田娜, 苏旭, 王喆之. 鼠尾草叶绿体基因组序列分析[J]. 植物研究, 2017, 37(4): 572-578.
[11]	李宗艳；吴玉兰；彭坤. 兜兰属（Paphiopedilum）10种植物叶表皮微观结构特征比较[J]. 植物研究, 2014, 34(6): 723-729.
[12]	高平;张贵平;吴琼;连俊强;张峰;*. 山西崦山自然保护区侧柏群落优势种群种间关系分析[J]. 植物研究, 2010, 30(6): 731-736.
[13]	张先平;王孟本*;张伟锋;肖　扬. 庞泉沟国家自然保护区森林群落木本植物种间关系的分析[J]. 植物研究, 2007, 27(3): 350-355.
[14]	崔杰;徐德昌;李滨胜;杨谦;孙璟晗. 甜菜ATP合酶β亚基基因atpB的克隆、序列分析及进化[J]. 植物研究, 2006, 26(5): 583-588.
[15]	王好友, 苏萍, 邢怡, 汤学才. 东北地区三种柴胡种子游离氨基酸的研究[J]. 植物研究, 1997, 17(1): 104-109.

红花变豆菜叶绿体基因组结构及同属种间关系研究

Chloroplast Genome Structure and Interspecies Relationship of Sanicula rubriflora

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 6

参考文献 28

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价