华南植物园在石仙桃叶绿体基因组进化和系统学研究取得进展

　　

 

兰科石仙桃属植物(Pholidota Lindl. ex Hook.)分布于亚洲热带、亚热带地区，世界约有30种，我国产约15种。该属植物具有重要的经济价值，其中有些类群为传统中药材，俗称石橄榄。然而，以往由于采样不足、缺乏足够的信息位点及有限的基因组信息，该属和近缘属间的关系和系统地位尚不清楚，石仙桃属的分类问题尚存在争议。

为了解该属植物的系统发育关系及其叶绿体基因组的变异模式，科研人员对13种石仙桃属植物的叶绿体全基因组进行了高通量测序、组装和注释分析。结果显示，石仙桃属叶绿体基因组均为典型的环状四分体结构，大小在158,786 ~ 159,781 bp之间。每个叶绿体基因组包含135个基因，其中蛋白质编码基因89个，tRNA基因38个，rRNA基因8个。密码子使用模式分析显示石仙桃属叶绿体基因组偏向使用以A/U结尾的密码子。重复序列分析鉴定出444个串联重复序列，322个回文重复序列和189个散在重复序列。变异位点共检测到525个SSRs、13834个 SNPs和8630个InDels。本研究确定了6个高度可变区域，用于未来的分子标记及相关的遗传学和基因组学研究。

在综述之前工作的基础上，该研究基于叶绿体全基因组序列进一步探讨了石仙桃属及其近缘属之间的系统发育关系，结果表明，传统意义上依据唇基囊状界定的石仙桃属为多系，分为四个主要分支(图1)：狭义石仙桃属(Pholidota s.s)与包含贝母兰属(Coelogyne Lindl.)部分代表物种的一个分支构成姊妹群；另外两个分支分别与蜂腰兰属(Bulleyia Schltr.)和曲唇兰属[Panisea (Lindl.) Lindl.])的代表物种聚在一起; P. ventricosa偏离该属所有其他物种，稳定处于系统发育树的基部。尽管唇基凹陷的性状在石仙桃属物种间表现出相似性，但经历了多次独立进化而产生，为非同源性状，而石仙桃属多数分支得到子房是否被毛、花苞片形态等形态共衍征的支持。

该研究首次基于叶绿体全基因组数据比较分析了石仙桃属植物的遗传变异和进化，探讨了石仙桃属及其近缘属之间的系统发育和亲缘关系。研究结果有助于更好地理解石仙桃属及其近缘类群的系统发育关系，并为该属植物的分类、演化和保育奠定了基础。

相关研究成果已近期发表在国际学术期刊BMC Plant Biology（《BMC植物生物学》）上。中国科学院华南植物园李琳副研究员及硕士研究生王婉瑶为共同第一作者，华南植物园曾宋君研究员及福建农林大学刘仲健教授为共同通讯作者。该项研究得到国家自然科学基金项目资助。论文链接：https://doi.org/10.1186/s12870-023-04233-8

 

图1. 基于22个叶绿体基因组构建的石仙桃属及其近缘属的ML系统发育树