基于白藤叶绿体基因组的棕榈藤系统发育研究

由 Zhang 等人发表在《BMC Genomic Data》上的最新研究，首次提供了重要棕榈藤物种——白藤（Calamus tetradactylus）的完整叶绿体基因组序列，揭示了其基因组特征及其在棕榈科（Arecaceae）中的演化关系。

研究背景

• 白藤（Calamus tetradactylus），俗称小径藤，主要分布于越南、老挝和中国南方。因其优良的材质特性，在商业上具有极高的价值。
• 尽管其物理特性已被广泛研究，但其基因组信息（对于理解进化和辅助育种计划至关重要）在很大程度上仍处于未开发状态。

方法与发现

研究人员对白藤的完整叶绿体（cp）基因组进行了测序、组装和注释。主要发现包括：

1. 基因组结构：
   • 白藤叶绿体基因组全长为 157,998 bp，呈现大多数被子植物典型的四分体结构：包含一个大单拷贝区（LSC，85,760 bp）、一个小单拷贝区（SSC，17,602 bp）和两个反向重复区（IR，各 27,318 bp）。
   • 该基因组共编码 132 个基因，包括 86 个蛋白编码基因、38 个 tRNA 基因和 8 个 rRNA 基因。
   • 整体 GC 含量为 37.24%。
2. 比较基因组学与变异：
   • 与相关的棕榈科物种相比，其叶绿体基因组结构高度保守，但在 IR/SC 边界区域存在差异，这导致了不同物种间基因组大小的变化。
   • 与高度保守的 IR 区相比，非编码区（尤其是 LSC 和 SSC 区）显示出显著的序列分歧。
   • 特定基因（如 trnT-GGU、ycf1）和基因间隔区（如 psbF-psbE、ndhF-rpl32）表现出较高的核苷酸多样性（π）。这些高变区被提议作为物种鉴定和群体遗传学研究的潜在 DNA 分子标记。
3. 系统发育分析：
   • 利用叶绿体基因组序列构建的系统发育树显示，白藤稳固地位于单子叶植物支系中的棕榈科内。
   • 在棕榈科内部，白藤与其他省藤属（Calamus）物种形成了一个独特的进化支，证实了该属的单系性。
   • 分析表明，白藤与走茎省藤（C. walkeri）的亲缘关系最近，这与之前的形态学分类一致。

结论与意义

本研究首次提供了白藤的完整叶绿体基因组，提供了宝贵的基因组资源。研究结果确认了其系统发育位置，支持了省藤属的单系性，并鉴定出了用于物种鉴定的潜在分子标记。这些基因组信息预计将惠及未来的棕榈藤研究，包括进化研究、育种计划和资源的可持续管理。

个人思考

这项研究是与国际竹藤中心合作完成的，并得到了国家重点研发计划的资助。从获取样本、完成测序，到确定以叶绿体为核心开展基础分析及进化关系解析的研究目标，再到最终完成研究，整个过程在较短的时间内高效达成。这可以被视为一次非常高效的研究历程，投稿和审稿过程也相对顺畅。此外，该项目涉及的其他几种竹藤物种的基因组也将在后续研究中得到分析，预计将有更多相关的竹藤基因组学文章发表。我们希望团队成员，特别是张海波及其他参与同事，能够以同样的高效率继续开展后续的研究工作。

参考文献： Zhang, H., Liu, P., Zhang, Y. et al. Chloroplast genome of Calamus tetradactylus revealed rattan phylogeny. BMC Genomic Data 25, 34 (2024). https://doi.org/10.1186/s12863-024-01222-0