无叶假木贼叶绿体基因组特征系统发育及密码子偏好性分析

[目的]分析无叶假木贼叶绿体基因组结构特征,阐明假木贼属在藜科中的分类地位,进一步探究其密码子偏好性和确定最优密码子.[方法]基于CTAB法从无叶假木贼幼嫩同化枝中提取总DNA;通过Illumina Genome Analyzer HiSeq 2000高通量测序平台进行测序;使用GetOrganelle和Plann对叶绿体基因组序列进行组装和注释;利用MISA对叶绿体基因组中简单重复序列(SSR)进行分析;使用MAFFTv.7.450和IQ-TREEv.2.1.1软件进行多序列比对、构建最大似然法(Maximum likelihood,ML)系统进化树;使用DnaSP6.0软件计算核苷酸多态性值;通过CUSP和Codon W 1.4.2软件进行密码子偏好性研究.[结果]无叶假木贼叶绿体基因组全长为154 084 bp,包括1个大单拷贝区(LSC,85 124 bp)、1个小单拷贝区(SSC,18 934 bp)、1对反向重复序列(IRa和IRb,25 013bp).共注释到132个基因,包含83个蛋白编码基因,8个rRNA基因,37个tRNA基因和4个假基因.SSR位于基因间区的数量最多(70.4％),单碱基(A/T)重复类型SSR数量最多.系统发育树的最优构树模型为TVM+F+R3,藜科划分为4个聚类组,其中,无叶假木贼与梭梭属和猪毛菜属亲缘关系最近.tmS-tmG(exon1)、ndhF-rpl32、rpl32-tmL、rps16(exon1)-tmQ和ycf1是高核苷酸多态性区域.共确定20个最优密码子(UUU、UAU、UGU、CAU、UCU、UCA、UUA、CUU、CCU、AGA、GAA、ACU、ACA、AAU、GAU、AAA、GUU、GCU、GGU、CAA),均以A/U结尾,密码子使用偏好性主要受自然选择影响,突变等影响因素对其影响较弱.[结论]无叶假木贼叶绿体基因组结构保守,呈典型的四分体结构.在藜科的系统发育中,无叶假木贼与梭梭属和猪毛菜属亲缘关系最近.鉴定的高变区和SSR位点可用于藜科属间物种的分子鉴定.无叶假木贼叶绿体基因组密码子偏好以A/U结尾,确定的20个最优密码子有助于其外源密码子的优化.研究结果可为无叶假木贼分子标记开发、系统进化及叶绿体基因工程研究提供参考.