解析亚洲热带木姜子属植物系统发育关系：叶绿体基因组带来的新突破

为探究亚洲木姜子属植物系统发育关系，研究人员测序 6 种植物叶绿体基因组，划分两组并确定分子标记，意义重大。

　　《BMC Genomics》上发表的一项研究对亚洲热带木姜子属（Beilschmiedia）植物的系统发育关系展开深入探究。在神秘的热带雨林中，木姜子属植物作为其中的重要成员，它们身姿挺拔、四季常绿，不仅在生态系统中占据着主导地位，其木材还在建筑和家具制造领域备受青睐，部分种类的种子富含油脂，能提炼出用于工业生产的优质油脂。然而，这个属中亚洲种类之间的 “亲缘关系” 却一直是个未解之谜。此前的研究虽利用叶绿体相关序列对樟科（Lauraceae）植物的系统发育进行了探索，但亚洲木姜子属植物的属内系统发育关系依旧模糊不清。

为了揭开这一谜团，西南林业大学、广西师范大学以及中国科学院东南亚生物多样性研究等机构的研究人员踏上了探索之旅。研究人员成功组装了 6 种木姜子属植物的叶绿体基因组，这一成果极大地丰富了该属的基因组数据资源宝库。研究发现，这些叶绿体基因组在遗传组成、重复序列以及密码子使用偏好上差异极小，有力地证明了叶绿体基因组的保守特性。同时，位于 IR 边界的 rpl23 和 ycf1 基因出现了不同程度的扩张和收缩现象。通过构建系统发育树，研究清晰地将亚洲核心木姜子属植物分为 A、B 两组，为该属植物搭建起了更为全面、分辨率更高的系统发育框架。此外，研究还找到了 trnS-trnG 和 rpl32-trnL 这两个极具潜力的分子标记，可用于区分 A、B 两组植物，并且提出了另外 7 个候选分子标记，为后续研究指明了方向。这一研究成果为亚洲木姜子属植物的进化历史和生物地理学研究提供了全新视角，也为植物系统学和保护生物学的未来研究贡献了宝贵的数据资料。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。在样本处理方面，采集了来自印度尼西亚苏拉威西岛的 B. kunstleri 以及中国云南、海南和广东的 5 种木姜子属植物的新鲜叶片或硅胶干燥材料。接着，使用改良 CTAB 法提取基因组 DNA，并在 Illumina HiSeq 2500 平台进行测序。之后，利用 GetOrganelle 进行叶绿体基因组组装，CPGAVAS2 进行自动注释并结合 Geneious Prime 手动校正。通过 MISA 和 REPuter 分别分析简单序列重复（SSR）和分散重复序列。运用 PhyloSuite 和 CodonW 分析密码子偏好性，CPJSdraw 分析 IR 边界变化。最后，采用 MAFFT 进行序列比对，运用 ASTRAL 软件基于串联和合并法构建系统发育树，并用 DnaSP 进行滑动窗口分析。

下面来看具体的研究结果。在叶绿体基因组特征方面，新组装的 6 种木姜子属植物叶绿体基因组长度在 158,275 - 158,620bp 之间，呈典型的环状双链四分体结构，包含 85 个蛋白质编码基因、37 个 tRNA 基因、8 个 rRNA 基因和 1 个假基因（ycf15）。在重复序列分析中，每个基因组中 SSR 数量在 116 - 122 个之间，单核苷酸重复最为丰富，且主要由 A/T 序列构成。同时，还发现了 19 - 28 个分散重复序列，主要为正向和回文重复。密码子使用偏好性分析显示，79 个蛋白质编码基因的相对同义密码子使用（RSCU）偏好相似，偏好以 A/U 结尾的密码子。IR 区域边界分析表明，rpl23 和 ycf1 基因在不同基因组以及同一基因组的不同边界存在扩张和收缩现象，ycf1 基因还出现了严重的不完全复制。

系统发育分析是本次研究的关键部分。研究人员下载了 46 个已发表物种的序列，结合新测序的 6 个序列，构建了系统发育树。合并法构建的 ASTRAL 树和串联法构建的最大似然（ML）树、贝叶斯推断（BI）树结果高度一致，都将亚洲核心木姜子属植物分为 A、B 两组。不过，A 组中 B. fordii 和 B. kweichowensis 的位置在不同方法构建的树中存在差异，且组内一些分支的支持值较低。

通过滑动窗口分析，研究人员对 A、B 两组的遗传多样性进行了评估。A 组的核苷酸多样性极低，平均 π 值为 0.00063；B 组的核苷酸多样性较高，平均 π 值为 0.00176，是 A 组的 2.79 倍。研究还确定了多个高变区域，如 trnS-trnG、rpl32-trnL 等，这些区域有望作为区分 A、B 两组的分子标记，并且发现 7 个高变区域可作为潜在的物种鉴定和系统发育研究的分子标记。

综合研究结论和讨论部分，此次研究成功组装了 6 种木姜子属植物的叶绿体基因组，详细分析了其特征、重复序列、密码子偏好性等。系统发育分析清晰地划分了亚洲核心木姜子属植物的两组，为其系统发育研究提供了更精确的框架。同时，确定的分子标记为后续研究提供了有力工具。然而，研究也发现分子证据与基于顶芽形态的分类并不完全一致，这可能与叶绿体基因组的母系遗传特性以及顶芽形态受自然选择影响有关。未来研究可进一步增加样本量，综合多方面证据，更深入地探究木姜子属植物的系统发育关系，这对于全面了解该属植物的进化历程和生物地理分布具有重要意义，也将为植物保护和利用提供坚实的理论基础。