乌牛早茶树叶绿体基因组结构解析和密码子偏好性分析

摘要

[目的]对乌牛早茶树叶绿体基因组进行组装、注释和分析，揭示其与其他山茶属植物的系统进化关系。[方法]采用DNBSEQ-T7华大基因测序仪对乌牛早茶树的叶绿体全基因组进行高通量测序。基于测序获得的完整叶绿体基因组序列，运用生物信息学方法系统分析其基因组结构特征，比对其重复序列的分布模式，考察其IR边界的收缩与扩展现象，计算其核苷酸多样性和密码子偏好性，并结合其他62种山茶属植物的叶绿体基因组序列，采用最大似然法（ML）构建系统发育树。[结果]乌牛早茶树的叶绿体基因组全长为157 112 bp，其GC含量为37.29%，呈现出典型的四分体结构特征；通过基因组注释分析，共鉴定出135个编码基因，其中包含90个蛋白质编码基因、37个tRNA基因以及8个rRNA基因；在重复序列分析方面，共检测到53个简单重复序列和48个长重复序列。其中，简单重复序列均为A/T单核苷酸重复；而长重复序列则仅包括正向重复序列和回文重复序列；基因组在编码区高度保守，非编码区的差异较大；相对同义密码子使用度大于1的氨基酸有31个，多以A/U结尾，自然选择是密码子偏好性的主要影响因素；基因组具有14个最优密码子（AAA、AAU、ACU、AGU、AUU、CAA、CGU、CUU、GCU、GUU、UGU、UUA、UUG和UUU）；仅有ndhB基因和rps8基因的K_a/K_s值大于1，受到正选择的作用，其余基因的K_a/K_s值均小于1，受到纯化选择的作用；系统发育分析结果显示：乌牛早茶树与八仙凤凰单枞茶、雷扣茶凤凰单枞茶的亲缘关系较近；分歧时间估计结果显示：乌牛早茶树是在9.88 MYA与上饶大面白（PP024603）进行分化。[结论]研究结果明晰了乌牛早茶树的叶绿体基因组特征，获得了山茶属物种较为合理的系统发育关系，为山茶属遗传多样性研究、适应性进化机制探讨和种质资源保护等提供了理论依据。

关键词

乌牛早茶树 / 叶绿体基因组 / 结构解析 / 密码子偏好性 / 系统发育

基金资助

国家自然科学基金项目（31860084,31960079,32060092）; 江西省科技厅重点研发项目（20192BBF60006,20192BBGL70050,20202BBF63001,20202BBG73010）