野生六棱大麦叶绿体基因组特征及系统发育分析

摘要

野生六棱大麦(Hordeum agriocrithon)广泛分布在青藏高原上，被认为是六棱栽培大麦的野生祖先。为揭示野生六棱大麦叶绿体基因组(chloroplast DNA,cpDNA)结构特征和系统发育关系，利用Illumina Hiseq 6000测序平台对其进行高通量测序，并以钝稃野大麦(H.spontaneum)叶绿体基因组为参考进行序列组装及质控；利用生物信息学手段，对野生六棱大麦的叶绿体基因组进行注释及特征分析；同时，以玉米(Zea mays)和禾本科(Gramineae)针茅属(Stipa)物种Stipa lipskyi为外类群，通过MEGA X软件构建最大似然法(maximum likelihood method,ML)系统发育树，分析野生六棱大麦系统发育关系。研究表明，野生六棱大麦叶绿体基因组总G+C含量为38.32%,全长136 462 bp,包含1对长度为21 582 bp的反向重复区(inverted repeats region, IRs),1个长度为80 597 bp的大单拷贝区(large single copy region, LSC)和1个长度为12 701 bp的小单拷贝区(small single copy region, SSC),为典型的四分体结构。在野生六棱大麦叶绿体基因组中共检测到129个基因，分别是83个编码基因、 38个tRNA基因和8个rRNA基因；另外，共检测到46个散在重复序列(dispersedrepeated sequences)和178个简单重复序列(simple sequence repeats, SSR)位点，大部分SSR是由A/T组成的单碱基重复序列。密码子偏好性分析结果表明，野生六棱大麦有偏好性，且偏好使用以A/U结尾的密码子。结合IR边界分析和序列比较分析，结果表明，除碱大麦(Hordeum marinum)外，野生六棱大麦、栽培二棱大麦(Hordeum distichon)、钝稃野大麦和大麦(Hordeum vulgare)的叶绿体基因组结构具有较高保守性，且序列变异主要发生在LSC的非编码序列上。系统发育分析结果表明野生六棱大麦与大麦属(Hordeum)物种聚类在一起，且与大麦亲缘关系最近。本研究获得了野生六棱大麦的叶绿体基因组序列，明确了与小麦族(Triticeae)物种间的亲缘关系，为研究大麦属物种的系统进化及物种鉴定提供科学依据。

关键词

野生六棱大麦 / 叶绿体基因组 / 重复序列 / 密码子偏好性 / 系统发育关系