山茶科两种观赏植物Chimonanthus salicifolius和Chimonanthus praecox的完整线粒体基因组的比较分析

《BMC Plant Biology》：Comparative analysis of complete mitogenomes of two ornamental plants Chimonanthus salicifolius and Chimonanthus praecox in the family Calycanthaceae

该研究解析冬青属两种植物线粒体基因组，揭示其线性与环状结合结构、62个基因组成及7个保守基因簇，发现与叶绿体及核基因组存在大量同源片段，并证实自然选择在atp4和rps4基因中的作用，支持单系群分类。

　　

摘要

背景

Chimonanthus praecox（早花冬青）和Chimonanthus salicifolius（柳叶冬青）是金虎尾科中具有显著观赏和药用价值的物种。尽管植物线粒体基因组由于其独特的结构和保守序列而成为解析深层进化关系的强大工具，但该科内的线粒体基因组研究仍然相对较少。

结果

在本研究中，我们确定了两种Chimonanthus物种的线粒体基因组。这两种线粒体基因组均为线性和环状结构的组合，大小分别为816,550 bp和971,908 bp。每个线粒体基因组包含62个独特的线粒体基因，其中包括40个蛋白质编码基因（PCGs）、19个tRNA基因和3个rRNA基因，这些基因特征符合种子植物的特点。在线粒体基因组的蛋白质编码基因（PCGs）中发现了重排事件，揭示了两种Chimonanthus物种线粒体基因组中存在七个保守的基因簇。通过比较基因组分析，在C. salicifolius和C. praecox中分别检测到28个和38个线粒体基因组与质体基因组之间的同源DNA片段，以及4,407个和4,728个线粒体基因组与核基因组之间的同源DNA片段，这表明历史上可能存在基因转移事件。为了探讨自然选择是否在线粒体基因的进化中起作用，我们计算了密码子使用统计数据和非同义替换率（Ka/Ks），发现atp9和rpl5基因的密码子使用存在显著差异，并且atp4和rps4基因经历了正向选择。基于线粒体基因组数据集、质体基因组数据集和nrDNA数据集的系统发育分析证实，金虎尾科是一个单系群，包括9个Chimonanthus物种和2个Calycanthus物种。

结论

本研究显著推进了我们对Chimonanthus线粒体基因组的认识，提供了高质量的数据，并为金虎尾科的进化历史和遗传结构提供了新的见解。