探秘多倍体云南山茶叶绿体基因组：解锁进化新密码

研究针对云南山茶不同倍性叶绿体基因组展开研究，明确进化特征与亲缘关系，助力其保护利用。

　　# 探秘多倍体云南山茶叶绿体基因组：解锁进化新密码
在植物的奇妙世界里，云南山茶（Camellia reticulata）是其中一抹独特的亮色。它是全球最高大的观赏山茶，那绚丽多彩、硕大的花朵，总能吸引众人目光。除了极高的观赏价值，云南山茶还是重要的油料植物。

不过，在云南山茶的进化历程中，还藏着许多未解之谜。野生云南山茶存在二倍体（2×）、四倍体（4×）和六倍体（6×），形成了复杂的多倍体复合体。目前，对于不同倍性云南山茶叶绿体基因组的进化特征，人们知之甚少。2× 和 4× 云南山茶在分类学上的地位也尚不明确，这就像拼图中缺失的关键部分，让我们难以完整地描绘出云南山茶的进化图景。正因如此，开展对云南山茶叶绿体基因组的研究就显得尤为重要，它能帮助我们填补这些知识空白，更好地了解云南山茶的过去、现在与未来，也为其保护和合理利用提供关键依据。

为了揭开这些谜团，昆明理工大学的研究人员踏上了探索之旅。他们对 2× 和 4× 云南山茶的叶绿体基因组进行测序、组装和注释，并与 6× 云南山茶及其他近缘物种对比分析。研究成果发表在《BMC Plant Biology》上，为我们呈现了许多重要发现。

研究人员在研究过程中运用了多种关键技术方法。在样本获取上，二倍体样本采自云南华坪种群，四倍体样本取自四川延边种群。样本 DNA 提取后，经质量检测，利用 Illumina NovaSeq 6000 平台进行低深度基因组测序。同时从 NCBI GenBank 数据库获取其他相关物种的叶绿体基因组数据。之后，借助 GetOrganelle 软件重建叶绿体基因组，使用 Geneious R11 进行基因注释 ，利用多种软件如 REPuter、MISA、MEGA X 等对序列进行多方面分析，还通过构建系统发育树探究物种间的亲缘关系。

云南山茶叶绿体基因组的结构与特征

研究发现，2× 云南山茶测序产生 24,887,576 条读数（2.43 GB），4× 云南山茶产生 16,680,876 条读数（2.18 GB），二者细胞器碱基覆盖度分别达 293× 和 540×。五个物种的叶绿体基因组长度在 156,519 - 156,927bp 之间，基因组长度与倍性或亲本谱系并无直接关联。它们都具有典型的四分体结构，包含一个大的单拷贝区（LSC，86,212–86,670bp ）、一个小的单拷贝区（17,850–18,277bp ）和一对反向重复区（IR，26,023–26,048bp ）。各物种 GC 含量均为 37.3%，但基因组成略有差异，如 4× 云南山茶的 clpP 基因缺失。

反向重复区的扩张与收缩

IR 区域及其与单拷贝区的连接高度保守，但部分基因在边界位置存在差异。比如 rps19、rpl12、ndhF 和 ycf1 等基因在不同物种中的位置和跨越边界情况不同，这些差异反映了叶绿体基因组在进化过程中的微调，可能与物种的适应性变化有关。

重复序列分析

研究人员利用 REPuter 和 MISA 软件对长重复序列和简单序列重复（SSR）进行分析。在五个物种的叶绿体基因组中共鉴定出 208 条长重复序列，其数量和类型在不同物种间有差异，且多数长重复序列位于 IR 区域，ycf2 基因包含最长的重复序列。SSR 数量在各物种间为 70 - 75 个，类型以单核苷酸重复为主，且多分布于基因间区，这些重复序列可能在基因组结构进化和物种鉴定中发挥重要作用。

序列变异分析

通过多种软件分析发现，五个物种的叶绿体基因组序列相似，变异主要集中在非编码区。ycf1 基因和 11 个基因间区呈现高度分化，是潜在的分子标记区域。不同倍性云南山茶之间存在单核苷酸多态性（SNP）和插入 / 缺失（Indel）变异，这些变异为研究物种进化提供了重要线索。

选择压力分析

对 81 个蛋白质编码基因的选择压力分析表明，多数基因受到纯化选择，但 matK、ndhB、rpoC1 和 ycf1 基因呈现正选择。尤其是 ycf1 基因，在多个物种对比较中 Ka/Ks 比值超过 1.5，暗示其在云南山茶的多倍体化和适应性进化中可能扮演关键角色。

密码子使用分析

对 50 个蛋白质编码序列的密码子使用分析显示，不同物种密码子使用存在偏好性，以 A/T 结尾的密码子使用频率较高，这与大多数被子植物的密码子使用偏好一致，反映了叶绿体基因组在进化过程中的保守性和适应性。

系统发育分析

基于 16 个山茶属物种的叶绿体基因组构建系统发育树，结果显示山茶属分为两个主要分支。云南山茶复合体与 C. pitardii、C. saluenensis、C. mairei 等聚在一个分支，支持率和后验概率较高。2× 和 4× 云南山茶形成姐妹谱系，6× 云南山茶与 C. mairei 也为姐妹关系，这为云南山茶的进化关系提供了清晰的脉络。

综合研究结果，研究人员推测 C. pitardii、C. saluenensis 和 C. mairei 可能参与了云南山茶的异源多倍体化过程。2× 和 4× 云南山茶在形态、叶绿体基因组结构和序列多态性等方面存在显著差异，具有独立分类的潜力。这一研究揭示了云南山茶叶绿体基因组在多倍体化后的变化，为理解其系统进化历史奠定了基础，也为后续深入研究云南山茶的遗传多样性、保护策略以及合理开发利用提供了重要的理论依据，助力我们更好地保护和利用这一珍贵的植物资源。