野生油菜Rorippa indica线粒体基因组特征与系统进化分析揭示十字花科植物遗传进化新线索

本研究首次完成野生油菜Rorippa indica线粒体基因组(mitogenome)测序（219,775 bp，GC含量45.24%），鉴定出59个功能基因及377个RNA编辑位点，发现其与甘蓝型油菜(Brassica napus)存在密切遗传关系。通过二代和三代测序技术解析基因组结构特征，揭示22个叶绿体-线粒体基因转移片段，为十字花科作物抗逆育种提供重要分子标记和进化理论基础。

　　

在植物遗传资源宝库中，十字花科植物蕴藏着丰富的抗逆基因，而野生油菜Rorippa indica作为具有强环境适应性和抗病性的野生近缘种，其高达70粒/荚的结实率显著优于普通油菜品种，尤其对油菜菌核病(Sclerotinia sclerotiorum)表现出突出抗性。然而，该物种遗传研究长期滞后，特别是其线粒体基因组(mitogenome)特征和进化机制尚未阐明，这严重制约了其优异基因资源在油菜遗传改良中的应用。

南昌师范大学生物技术系的研究人员通过整合Illumina NovaSeq 6000二代测序和Oxford Nanopore PromethION三代测序技术，首次完成R. indica线粒体基因组组装（NCBI登录号PP780168.1），相关成果发表在《Phyton-International Journal of Experimental Botany》。研究采用loRDEC纠错、GetOrganelle提取、Minimap2比对等生物信息学流程，结合MitoFinder基因注释和REPute重复序列分析，系统解析了该基因组的进化特征。

3.1 R. indica线粒体基因组基本特征

研究揭示R. indica线粒体基因组为典型的单环状分子（219,775 bp），GC含量45.24%，包含59个功能基因（33个蛋白编码基因、23个tRNA和3个rRNA）。值得注意的是，nad5基因以2010 bp成为最长编码序列，而atp9和rpl10基因仅225 bp。11个基因含有内含子，其中nad1、nad2等5个基因含有4个内含子，显示出复杂的转录后调控机制。

3.2 重复序列

基因组中鉴定出55个SSR（简单序列重复）、17个串联重复和253个分散重复序列。与叶绿体基因组相比，线粒体SSR以四核苷酸重复为主（占36.36%），而叶绿体以单核苷酸重复占优（79.61%）。分散重复序列中，正向重复和回文重复分别占42.85%和57.15%，最长片段达2427 bp，这些高变区域为分子标记开发提供了候选位点。

3.3 线粒体PCGs选择压力

通过Ka/Ks分析发现，15个蛋白编码基因的Ka/Ks比值均小于1（如cox2基因0.02153），表明这些基因在进化过程中受到纯化选择作用，特别是在能量代谢相关基因中表现出高度保守性。

3.4 线粒体RNA编辑分析

预测发现31个蛋白编码基因存在377个RNA编辑位点，其中60.21%位于密码子第一位点。值得注意的是，CCC→TTC和CCT→TTT的双碱基共变模式，导致78.25%的编辑位点使氨基酸由亲水性变为疏水性，这种特性可能增强蛋白质结构稳定性。

3.5 水平基因转移

通过BLASTN比对发现22个叶绿体-线粒体同源片段（总长13,153 bp），包含12个完整tRNA基因转移。特别发现atpA、rrn16S等抗逆相关基因的部分序列迁移现象，暗示这些基因可能在环境适应中发挥重要作用。

3.9 系统发育关系

基于30个PCGs构建的最大似然树（ML）显示，R. indica与甘蓝型油菜（Brassica napus）形成100%支持率的单系群，证实二者近缘关系。同时，该基因组数据成功区分苔藓植物、裸子植物和被子植物的进化分支。

这项研究首次揭示R. indica线粒体基因组的"分子化石"特征——其4.08%的序列来源于叶绿体基因转移，且RNA编辑模式显著影响蛋白质理化性质。这些发现不仅填补了Rorippa属线粒体基因组研究的空白，更从三方面推动相关领域发展：1）为十字花科作物远缘杂交提供分子标记；2）揭示细胞器基因转移在植物环境适应中的潜在作用；3）建立基于线粒体基因组的植物高阶分类新标准。特别值得注意的是，研究中发现的atpA等基因片段迁移现象，为解析野生油菜抗逆机制提供了全新视角，这些基因可能通过调控ATP合成参与胁迫响应，这为后续利用基因编辑技术改良作物抗性奠定了理论基础。