武大丁毅教授发表莲线粒体基因组图谱

最近，武汉大学生命科学学院杂交水稻国家重点实验室丁毅教授团队在Nature子刊《Scientific Reports》上在线发表的一项研究，采用单分子实时测序技术（SMRT）测定了莲线粒体全基因组序列，并在从头组装和注释之后构建了线粒体基因组图谱。

　　

生物通报道：莲（Nelumbo nucifera）是白垩纪晚期的孑遗植物。测定莲的线粒体基因组序列，对于阐明真双子叶植物的演化特征，是非常重要的。最近，武汉大学生命科学学院杂交水稻国家重点实验室丁毅教授团队在Nature子刊《Scientific Reports》上在线发表题为“The mitochondrial genome map of Nelumbo nucifera reveals ancient evolutionary features”的研究论文。这项研究采用单分子实时测序技术（SMRT）测定了莲线粒体全基因组序列，并在从头组装和注释之后构建了线粒体基因组图谱。点击阅读武大生科院的其他研究成果：武汉大学Nature子刊发表水稻研究新成果；武汉大学朱英国院士PNAS发表水稻研究新成果；武汉大学Nature子刊开发成像新技术。

线粒体基因组的大小在被子植物之间存在差异，从约220 KB（油菜）至11.3 MB（Silene conica），反映了非编码DNA的插入，包括质体和细胞核 DNA，以及来自水平基因转移（HGT）和DNA。在被子植物演化过程中，基因组组织也是可变的，从而反映了重复序列介导的频繁的分子内或分子间同源重组。线粒体基因组的组织、基因含量和RNA编辑，在种子植物之间存在着显著规模的差异。这种变化对于研究基因组结构和序列的演变，是非常有用的。

莲就像银杏、红杉、水杉、鹅掌楸一样，是白垩纪晚期的孑遗植物。在白垩纪早期，莲是阿尔必中期繁荣生长的一种多年生水生植物。目前，莲已被列入单型科莲科，其中包含一个单一的属Nelumbo。本属包括两个物种，N. nucifera和N. lutea。作为一种谱系出现在核心真双子叶植物分支之前的双子叶植物，莲对于真双子叶植物的起源供了新的见解。莲的细胞核和叶绿体基因组在最近已经发布。然而，关于莲的线粒体基因组信息还没有报道。因此，测定莲的线粒体基因组序列，以揭示这种植物的进化特征，并提供“从基部被子植物到高级双子叶植物的进化轨迹”的相关线索，是非常重要的。

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通过单分子实时测序技术（SMRT）的第三代测序技术，不需要PCR扩增，就能产生相当长的（多达30 KB）的无偏估DNA序列。此前，该技术已经通过PacBio RS II平台应用于从头组装。

在这项研究中，研究人员使用单分子实时测序技术（SMRT）测定了莲的线粒体基因组，并在从头组装和注释之后构建了线粒体基因组图谱。结果表明，524797 bp的莲线粒体基因组共有63个基因，包括40个蛋白质编码基因，3个rRNA基因和20个tRNA基因。15个共线基因簇在不同种类的植物之间是保守的。研究人员在蛋白质编码基因中确定了大约有700个RNA编辑位点。通过选择压力分析，他们确定了正选择的基因。

研究人员鉴定了19个叶绿体来源的片段，和七个来自叶绿体的tRNAs。这些结果表明，莲线粒体基因组仍然保留进化上保守的特点，包括古老的基因内容和基因簇、高水平的RNA编辑和低水平的叶绿体衍生片段插入。作为第一个公开的基底双子叶植物线粒体基因组，莲线粒体基因组，可促使研究人员进一步分析基部双子叶植物的特征，并提供“从基部被子植物到高级双子叶植物的进化轨迹”的线索。

（生物通：王英）

注：丁毅，教授，博士生导师，湖北省有突出贡献的中青年专家，中国遗传学会第七届科普与教育委员会委员，湖北省遗传学会副秘书长，湖北省植物学会理事。主要研究方向为植物分子细胞遗传学。

生物通推荐原文摘要：
The mitochondrial genome map of Nelumbo nucifera reveals ancient evolutionary features
Abstract：Nelumbo nucifera is an evolutionary relic from the Late Cretaceous period. Sequencing the N. nucifera mitochondrial genome is important for elucidating the evolutionary characteristics of basal eudicots. Here, the N. nucifera mitochondrial genome was sequenced using single molecule real-time sequencing technology (SMRT), and the mitochondrial genome map was constructed after de novo assembly and annotation. The results showed that the 524,797-bp N. nucifera mitochondrial genome has a total of 63 genes, including 40 protein-coding genes, three rRNA genes and 20 tRNA genes. Fifteen collinear gene clusters were conserved across different plant species. Approximately 700 RNA editing sites in the protein-coding genes were identified. Positively selected genes were identified with selection pressure analysis. Nineteen chloroplast-derived fragments were identified, and seven tRNAs were derived from the chloroplast. These results suggest that the N. nucifera mitochondrial genome retains evolutionarily conserved characteristics, including ancient gene content and gene clusters, high levels of RNA editing, and low levels of chloroplast-derived fragment insertions. As the first publicly available basal eudicot mitochondrial genome, the N. nucifera mitochondrial genome facilitates further analysis of the characteristics of basal eudicots and provides clues of the evolutionary trajectory from basal angiosperms to advanced eudicots.