破解濒危植物银叶茄叶绿体基因组奥秘：为物种保育与进化研究点亮希望之光

研究人员对濒危银叶茄（Solanum ensifolium）叶绿体基因组展开研究，明确其结构与进化关系，助力物种保护。

　　# 探秘濒危银叶茄叶绿体基因组：解锁物种保育与进化的密码
在植物的奇妙世界里，茄属（Solanum）植物犹如一颗璀璨的明星，不仅种类繁多，还与人类生活息息相关。像我们日常熟知的土豆（S. tuberosum）、番茄（S. lycopersicum），都是茄属家族的重要成员，为人类提供了丰富的食物来源。而在茄属中，有一个特殊的分支 —— 刺茄亚属（Leptostemonum），它以高物种多样性和特有性引人注目，新物种仍在不断被发现。

银叶茄（S. ensifolium）便是刺茄亚属中的一员，它是波多黎各特有的珍稀物种，当地人称其为 “erubia” 。曾经，银叶茄在波多黎各的森林中自在生长，然而，由于栖息地的不断丧失，它的生存面临着严峻挑战，如今已被列为极度濒危物种，甚至被认为在野外可能已经灭绝。目前，仅在温室和植物园中还能看到它的身影，相关机构也在积极开展重新引入自然的工作。

尽管银叶茄的保护状况备受关注，但它的基因组数据却极为匮乏，这严重限制了人们对其进化历史和潜在适应性的了解。就像一本被合上的神秘书籍，我们无法窥探其中的奥秘。在这种背景下，为了深入了解银叶茄的过去、现在和未来，来自美国多所大学的研究人员踏上了探索之旅，他们的研究成果发表在《BMC Plant Biology》杂志上。

研究人员为了全面解析银叶茄的叶绿体基因组，采用了多种关键技术方法。首先，他们精心选取了来自波多黎各 Salina 市 Las Piedras del Collado 地区的三种银叶茄基因型植株，这些植株已在多所大学的温室中保育超过 25 年。研究人员采集新鲜叶片，运用 DNA 提取试剂盒提取叶片 DNA，再通过 Illumina 测序技术获得基因组数据。接着，利用参考基因组比对和从头组装两种策略，成功组装出银叶茄的叶绿体基因组。之后，运用多种软件进行基因注释、密码子使用分析、简单序列重复（SSR）分析以及系统发育分析等，从不同角度揭示银叶茄叶绿体基因组的特征和进化关系。

银叶茄叶绿体基因组的首次揭秘：组装与注释

研究人员成功组装出三个银叶茄样本的叶绿体基因组，它们长度均为 155,295bp，GC 含量达 37.5% ，呈现出典型的四分体结构。基因组中包含 86,012bp 的长单拷贝序列（LSC，约占基因组的 55.39%）、18,417bp 的短单拷贝序列（SSC，约占 11.86%）以及两个长度为 25,433bp 的反向重复区域（IRs，约占 16.38%）。同时，共识别出 151 个基因，其中包括 95 个蛋白质编码基因、52 个 tRNA 编码基因和 12 个 rRNA 编码基因，这些基因数量与亲缘关系较近的S. aturense和S. crotonoides相似。

密码子使用分析

通过计算所有蛋白质编码区域的密码子频率和相对同义密码子使用度（RSCU），研究发现 AUU（异亮氨酸）是出现频率最高的密码子，而终止密码子 UGA、UAG 和 UAA 出现频率最低。此外，有 30 个密码子的 RSCU 值大于 1，且均以 A 或 U 结尾；32 个密码子的 RSCU 值小于 1，其中 30 个以 C 或 G 结尾，而甲硫氨酸（AUG）和色氨酸（UGG）编码方式唯一，无密码子使用偏好。

重复序列的识别

SSR 分析显示，银叶茄叶绿体基因组中存在 83 个位点，包含 49 个单碱基、13 个二核苷酸、5 个三核苷酸、14 个四核苷酸和 3 个五核苷酸基序。重复基序模式以串联重复为主（约 53%），其次是回文重复（约 19%）、正向重复（约 27%）和少量反向重复（约 1%），最常见的重复基序为 T、A 和 AT。

茄属物种间的系统发育关系

运用最大似然法（ML）和贝叶斯推断法（BI）进行系统发育分析，研究人员构建出银叶茄叶绿体基因组树。两种分析方法结果基本一致，大多数节点得到了较强支持。银叶茄与S. crotonoides形成姐妹关系，虽 ML 支持度较弱（自展支持值为 53），但 BI 强烈支持（后验概率为 0.94） ，它们与S. aturense构成一个单系群。同时，研究还发现一些其他分支的支持情况，如 Torva、旧世界和 Elaeagnifolium 分支支持度良好，而 Androceras/Crinitum 分支呈现并系状态。

与S. crotonoides的基因组比较

鉴于贝叶斯系统发育分析表明S. crotonoides是与银叶茄亲缘关系最近且有叶绿体基因组数据的物种，研究人员对二者进行了比较分析。滑动窗口分析发现，叶绿体基因组不同区域核苷酸多样性存在差异，LSC 区域平均 Pi 值为 0.006，SSC 区域为 0.011，而 IR 区域仅为 0.001，说明 IR 区域比单拷贝区域更保守。此外，rsp16、psbK、petA、rpl32 和 ycf1 等区域核苷酸多样性最高。边界位移分析显示，银叶茄和S. crotonoides的 IRb/SSC（JSB）和 SSC/IRa（JSA）边界位置相同，但 LSC/IRb（JLB）边界银叶茄有 60bp 的位移，IRa/LSC（JLA）边界有一个碱基对的差异。

综合研究结果与讨论，此次研究通过对银叶茄叶绿体基因组的深入分析，为其进化历史和保护需求提供了重要见解。比较基因组学揭示了茄属叶绿体基因组在核苷酸多样性和结构变异方面的进化差异，系统发育分析明确了银叶茄与其他刺茄亚属物种的紧密关系。这些发现对于银叶茄的保护意义重大，例如可以利用叶绿体变异评估遗传多样性，为迁地保护和重新引入计划提供有力指导。同时，银叶茄叶绿体基因组的一致性或许暗示其经历过遗传瓶颈，因此在保护过程中，应努力创造和保存更多遗传多样性，防止近交衰退，维持物种的进化适应性，为这一濒危物种的未来发展带来希望的曙光。