比较叶绿体基因组揭示角蒿属植物(Incarvillea)的进化多样性与系统发育关系

《BMC Plant Biology》：Comparative chloroplast genomes of Incarvillea species (Bignoniaceae) unveiled genomic diversity and shed light on phylogenetic relationships

编辑推荐：为解决角蒿属(Incarvillea)系统发育关系模糊及保护策略不足的问题，研究人员对12种角蒿属植物的34个叶绿体基因组(cp. genomes)进行测序与比较分析，揭示了基因组结构变异、IR区扩张/收缩及12个高变区域（如ycf1、ndhE-ndhG等），构建了高支持度的系统发育树，明确了5个亚属的演化关系，为这一濒危类群的多样性研究与资源保护提供了关键分子标记与理论基础。

　　角蒿属(Incarvillea)是紫葳科(Bignoniaceae)中一类具有重要生态与药用价值的草本植物，主要分布于喜马拉雅-横断山脉地区。然而，该属物种因形态特征复杂、传统分子标记（如trnL-F和nrITS）分辨率不足，导致亚属间系统发育关系长期存在争议。此外，过度放牧等人类活动已导致部分物种（如I. forrestii和I. altissima）灭绝，亟需通过基因组学手段厘清演化历史以指导保护。为此，云南中医药大学等机构的研究人员对12种角蒿属的34个个体进行了叶绿体基因组测序，结合比较基因组学与系统发育分析，揭示了该类群的基因组多样性及其演化机制，相关成果发表于《BMC Plant Biology》。

研究采用Illumina NovaSeq平台进行PE 150测序，通过GetOrganelle组装和GeSeq注释获得完整cp.基因组；利用MAFFT和mVISTA进行序列比对与变异分析，REPuter检测重复序列，CPStools计算核苷酸多样性(Pi)；基于69个保守编码序列(CDS)，使用IQ-TREE和MrBayes构建最大似然(ML)与贝叶斯(BI)系统发育树。

结果部分：?

1. ?叶绿体基因组结构与变异：cp.基因组大小介于159,132–169,244 bp，GC含量39.2–40.4%，呈现典型的四部分结构（LSC、SSC和IR区）。亚属Pteroscleris的IR区扩张与基因组大小呈显著正相关(r²=0.9841)，而单型/二型亚属（如Niedzwedzkia）则表现出更稳定的IR边界。
2. ?高变区域鉴定：发现12个Pi>0.06的突变热点，包括6个基因（如atpI、ycf1）和6个非编码区（如ndhI-ndhA），为物种鉴定提供分子标记。
3. ?系统发育关系：ML与BI树均支持角蒿属的单系性，亚属关系为((Niedzwedzkia, Incarvillea), ((Amphicome, Olgaea), Pteroscleris))，解决了传统标记的拓扑冲突。
4. ?种内分化：一年生与多年生I. sinensis形成独立分支，支持其可能为隐存种。

结论与意义：本研究首次基于全cp.基因组数据解析了角蒿属的复杂演化历史，揭示了IR区动态变化对基因组大小的影响，并筛选出高变区域用于未来多样性监测。系统发育框架的明确为濒危物种保护优先级制定提供了科学依据，同时为紫葳科植物的适应性进化研究奠定了重要基础。