人參葉綠體基因組測(cè)序及其SNP標(biāo)記研究登陸4分雜志

發(fā)稿時(shí)間：2020-04-13來(lái)源：天昊生物

 

葉綠體基因組是植物特有的，與核基因組相比較小，在一個(gè)細(xì)胞中有數(shù)百個(gè)拷貝。由于葉綠體基因組具有足夠的種間差異以及較低的種內(nèi)變異，基于葉綠體基因組的DNA條形碼被認(rèn)為是物種鑒定的一種理想方法。最近，葉綠體基因組序列已被用于開(kāi)發(fā)人參屬鑒定標(biāo)記。然而，由于缺乏種內(nèi)和種間水平的變異信息，這種方法只能應(yīng)用于某些物種。

今年1月份在《Journal of Ginseng Research》上，研究者從葉綠體基因組中開(kāi)發(fā)了18個(gè)CDS相關(guān)的物種特異性SNP相關(guān)標(biāo)記，用于鑒定7個(gè)人參屬物種。通過(guò)對(duì)葉綠體基因組序列的綜合比較基因組分析，開(kāi)發(fā)了人參栽培品種特有的SNP相關(guān)檢測(cè)標(biāo)記，并且通過(guò)驗(yàn)證表明可以實(shí)際應(yīng)用于物種鑒定和育種中。

題目：Comprehensive comparative analysis of chloroplast genomes from seven Panax species and development of an authentication system based on species-unique single nucleotide polymorphism markers

七種人參屬植物葉綠體基因組的綜合比較分析及基于種特異性SNP標(biāo)記鑒定系統(tǒng)的建立

發(fā)表期刊：Journal of Ginseng Research 發(fā)表時(shí)間：2020-1  影響因子：4.029

研究?jī)?nèi)容速覽：

背景

人參屬植物是五加科中重要的草本藥用植物。最近，有研究報(bào)道了7種人參屬植物的完整葉綠體基因組和45S rDNA序列，其中有2種(西洋參和三葉草)來(lái)自北美，另外5種(人參、三七、日本人參、越南人參和針茅)來(lái)自亞洲。

方法

本研究對(duì)這些葉綠體序列與其他12種五加科植物進(jìn)行了系統(tǒng)發(fā)育分析，并對(duì)7種人參葉綠體全基因組進(jìn)行了綜合比較分析。

結(jié)果

本研究鑒定了編碼基因序列中的1128個(gè)單核苷酸多態(tài)性(SNP)，分布在7種人參屬植物葉綠體基因組79個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因中的72個(gè)中。其他7個(gè)基因(包括psaJ、psbN、rpl23、psbF、psbL、rps18和rps7)在人參屬中是相同的。分析還發(fā)現(xiàn)，基于90%以上的序列相似性，12個(gè)大的葉綠體基因組片段被轉(zhuǎn)移到線粒體基因組中。轉(zhuǎn)移片段的總大小為60331 bp，相當(dāng)于葉綠體基因組的約38.6%。研究者從葉綠體基因編碼序列區(qū)域開(kāi)發(fā)了18個(gè)與線粒體基因組區(qū)域不相似的SNP標(biāo)記。這些標(biāo)記包括每個(gè)物種的兩個(gè)或三個(gè)物種特異性標(biāo)記，可用于鑒定所有七種人參屬物種。

結(jié)論

對(duì)7種人參屬植物葉綠體基因組的比較分析闡明了它們的遺傳多樣性和進(jìn)化關(guān)系，18個(gè)物種特異性標(biāo)記能夠區(qū)分這些物種，從而進(jìn)一步保護(hù)人參產(chǎn)業(yè)免受摻假等的影響。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示

表1、本研究中使用的葉綠體基因組序列信息。

 

圖1、七種人參屬植物的完整葉綠體基因組。

圖2、基于葉綠體基因組全序列的五加科7種人參屬植物和12種近緣種的最大似然系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)。胡蘿卜葉綠體序列被用作外群對(duì)照。

圖3、七種人參屬植物79個(gè)蛋白編碼基因的SNP位點(diǎn)。內(nèi)部軌道顯示了79個(gè)葉綠體CDS基因。軌道A代表所有七種人參屬植物的總SNPs。軌道B-G代表與人參相比在三葉草、針茅、越南草、日本草、三七和西洋參中的SNPs。每條軌道上的紅、綠、藍(lán)和黑線分別表示四種SNP(T、A、C和G核苷酸)。

圖4、人參屬植物葉綠體和線粒體基因組間基因轉(zhuǎn)移的示意圖。圓圈內(nèi)的每條灰色線都顯示了這些區(qū)域插入線粒體基因組指定位置的葉綠體基因組。彩色方框顯示保守的葉綠體基因。圓圈內(nèi)的基因順時(shí)針轉(zhuǎn)錄，圓圈外的基因逆時(shí)針轉(zhuǎn)錄。

表3、為鑒定人參屬物種而開(kāi)發(fā)的dCAPS標(biāo)記的詳細(xì)信息（部分）。

圖5、對(duì)7個(gè)人參葉綠體基因組CDS SNP區(qū)的18個(gè)dCAPS標(biāo)記的驗(yàn)證（部分）。

鏈接：

葉綠體基因組研究連登Int J Mol Sci雜志（IF = 4.183）

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