整合性叶绿体基因组学揭示了Glehnia（伞形科）物种间的系统发育不一致性

《Industrial Crops and Products》：Integrative chloroplast genomics unravels phylogenetic discordance in Glehnia (Apiaceae)

本研究通过测序24份Glehnia叶绿体基因组，发现该属并非单系群，分为东亚洲、北美林德县及门多西诺县三个分支，揭示其跨太平洋地理分隔的演化机制，并解析了基因组大小、重复序列及SNP/Indel的变异规律。中文摘要：该研究基于叶绿体基因组测序和系统发育分析，揭示了Glehnia属的进化分化特征，证实其并非单系群，分为东亚洲、北美林德县及门多西诺县三个主要分支，并解析了基因组结构、重复序列及分子变异的规律。

　　本研究探讨了植物属“Glehnia”的叶绿体基因组及其在系统发育分析中的作用。该属包含一种主要物种G. littoralis及其北美西部亚种G. littoralis ssp. leiocarpa，它们分别分布于东亚和北美西部地区，呈现出跨太平洋的地理分布模式。Glehnia作为传统中药材，具有显著的药用价值和农业潜力，但其系统发育关系尚未明确。通过高通量测序技术，研究人员成功组装了24个来自不同地理区域的Glehnia个体的叶绿体基因组，并进行了详细的基因注释和比较分析。

研究结果显示，所有Glehnia样本的叶绿体基因组均具有典型的四分体结构，包括一个大的单拷贝区域（LSC）、一个较小的单拷贝区域（SSC）以及两个倒置重复区域（IRs）。这些基因组在基因组成、排列顺序和密码子使用偏好方面表现出高度一致性，但在基因组大小、单拷贝与倒置重复边界、重复序列位点和核苷酸变异等方面存在差异。进一步的系统发育分析表明，Glehnia不是一个单系群，而是可以分为三个不同的演化分支：东亚群体、包含Humboldt和Lincoln样本的北美群体，以及包含Clatsop和Mendocino样本的第二个北美群体。这一发现为理解Glehnia及其相关属的系统发育框架提供了关键的进化线索。

此外，研究还揭示了Glehnia叶绿体基因组中的重复序列特征。简单重复序列（SSRs）在该属中较为常见，其中单核苷酸重复占主导地位，其次是双核苷酸和三核苷酸重复。五核苷酸和六核苷酸重复则较为罕见。值得注意的是，部分样本如LK和MD个体在重复序列的分布上表现出显著的多样性，这可能与其地理分布和生态适应性有关。同时，研究人员通过分析密码子使用偏好发现，亮氨酸（Leu）的密码子使用频率最高，而半胱氨酸（Cys）的使用频率最低。这种密码子使用偏倚可能受到自然选择、突变压力以及tRNA丰度等因素的影响。

在系统发育关系的分析中，研究团队利用最大似然法（ML）和贝叶斯推断法（BI）构建了基于叶绿体基因组的系统发育树。结果显示，Glehnia的系统发育关系复杂，其内部结构并不完全一致。其中，一个包含LK和MD个体的亚种群体与Angelica saxatilis形成姐妹群，随后与Peucedanum hakuunense聚类。而其余Glehnia个体则形成一个单系群，并进一步分为两个地理上不同的子群：北美群体和东亚群体。东亚群体又进一步细分为一个包含日本和中国样本的中国-日本亚群，以及一个覆盖日本、韩国和中国样本的泛东亚亚群。这些结果挑战了传统上认为Glehnia为单系群的观点。

研究还指出，Glehnia与Angelica之间的系统发育关系存在长期争议。尽管形态学特征显示两者有显著差异，但分子系统发育分析表明Glehnia嵌套于Angelica内部。这一发现表明，Glehnia的分类可能需要重新审视，其与Angelica的亲缘关系可能比之前认为的更为复杂。此外，研究团队提出了一个假设，即Glehnia的祖先可能曾分布于北太平洋过渡区域，如白令海附近，从而解释了其目前的跨大陆分布模式。叶绿体捕获可能通过与Angelica的杂交发生，导致其在叶绿体系统发育树中的聚类。

通过本次研究，研究人员不仅揭示了Glehnia叶绿体基因组的保守性，还发现了其在结构和功能上的多样性。这些发现对理解Glehnia的系统发育关系及其与相关属的进化历史具有重要意义。同时，研究强调了需要进一步扩大样本范围，结合多组学方法（如基因组学、表观基因组学、代谢组学和转录组学）来揭示该属的隐性分类多样性，重建其生物地理历史，并解析其跨大陆分布的机制。未来的研究应重点关注Glehnia及其近缘属的广泛地理采样，以更全面地理解其演化轨迹和分类地位。