洋金花與木本曼陀羅葉綠體基因組特征與系統(tǒng)進化分析

畢光耀，丁怡寧，王 麗，胡賽文，李賀敏，雷 明，張占江，夏 至*

洋金花與木本曼陀羅葉綠體基因組特征與系統(tǒng)進化分析

畢光耀1，丁怡寧1，王 麗2，胡賽文1，李賀敏1，雷 明3，張占江3，夏 至1*

1. 河南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，河南 鄭州 450046 2. 方城縣柳河農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣區(qū)域站，河南 方城 473200 3. 廣西壯族自治區(qū)藥用植物園，廣西 南寧 530023

以洋金花和木本曼陀羅為材料，分析其葉綠體基因組結(jié)構(gòu)和特征，基于葉綠體組數(shù)據(jù)探討洋金花和木本曼陀羅及茄科其他物種的系統(tǒng)發(fā)育關系。利用華大MGISEQ-2000PE150測序平臺，雙末端測序策略對基因組DNA建庫測序，用NOVOPlasty組裝葉綠體基因組，采用最大似然法（maximum likelihood，ML）構(gòu)建系統(tǒng)進化樹。洋金花和木本曼陀羅的葉綠體基因組全長為155 934 bp和155 939 bp，分別包含131和130個基因，GC值32.3%，具有典型的四分區(qū)域結(jié)構(gòu)，包括1個大單拷貝區(qū)（large single copy，LSC）、1對反向重復區(qū)（inverted repeats，IR）和1個小單拷貝區(qū)（small single copy，SSC），各區(qū)域序列長度分別為86 354、86 278、25 609、25 720、18 362、18 221 bp。系統(tǒng)發(fā)育分析表明，洋金花與曼陀羅屬的曼陀羅構(gòu)成1單系分支，具有100%支持率，而木本曼陀羅屬與曼陀羅屬構(gòu)成單系分支，具有100%支持率。結(jié)果支持洋金花隸屬于曼陀羅屬，與曼陀羅親緣關系較近，木本的木曼陀羅屬從曼陀羅屬分出，獨立為一個屬。洋金花和木本曼陀羅葉綠體基因組信息為后期分子鑒定和群體遺傳研究奠定基礎。

洋金花；木本曼陀羅；葉綠體全基因組；組裝；系統(tǒng)發(fā)育

藥用植物洋金花L.來源于茄科（Solanaceae）曼陀羅屬L.，為一年生草本[1]，在《中國藥典》2020年版中以干燥花入藥，中藥材名為洋金花[2]。洋金花有效成分為東莨菪堿，臨床具有平喘止咳、解痙定痛的功效。用于哮喘咳嗽、皖腹冷痛、風濕痹痛、小兒慢驚及外科麻醉[2]。木本曼陀羅(L.) Lagerh.隸屬于木曼陀羅屬L.，原產(chǎn)于南美洲，我國引入栽培?！吨袊参镏尽穼⒛韭恿_屬作為一個組放在曼陀羅屬[1]，2者系統(tǒng)發(fā)育關系一直存在爭議。近年來，基于分子條形碼序列的系統(tǒng)發(fā)育結(jié)果支持木曼陀羅屬為一個獨立的屬[3]。曼陀羅屬植物在我國分布范圍廣，生態(tài)適應幅度大，導致該屬植物在形態(tài)上產(chǎn)生很多變異，種內(nèi)的遺傳變異十分顯著，且該屬植物花部特征相似，不易區(qū)分[4]，形態(tài)鑒別困難。中藥材洋金花常見的偽品來源于其近緣種曼陀羅L.和毛曼陀羅Miller的花[5]。此外木本曼陀羅(L.) Lagerh.的花東莨菪堿含量較高，也常被誤用作洋金花使用[4]，嚴重影響洋金花中醫(yī)臨床用藥安全。近年來，有關洋金花的研究主要集中在化學成分分析和藥理學研究等方面[6-7]，藥用植物洋金花和木本曼陀羅的葉綠體基因組組裝、特征和系統(tǒng)進化分析未見報道。

葉綠體是植物最重要的細胞器之一，具有一整套用于光合作用、能量代謝、蛋白質(zhì)合成及氮、硫同化相關的基因，分布在大小為120～180 kb的環(huán)狀基因組上，具有結(jié)構(gòu)保守、母性遺傳等特點[8-9]。葉綠體基因組一般為閉環(huán)雙鏈DNA結(jié)構(gòu)，陸生植物的葉綠體基因組結(jié)構(gòu)通常由1個大單拷貝區(qū)域（large single copy，LSC）、1個短單拷貝區(qū)域（small single copy，SSC）和2個反向重復區(qū)域（inverted repeat，IR）組成[10]。葉綠體基因組擁有相對獨立的基因組和遺傳序列，并且不像核基因組一般有著復雜的重復序列，其基因序列保守，間隔區(qū)變異位點豐富，適宜的進化速率能夠為植物不同等級的親緣關系，系統(tǒng)進化關系及遺傳多樣性研究提供較為可靠的信息[10]。

隨著測序技術(shù)的不斷改進，測序平臺的不斷升級，一系列組裝和注釋軟件如plasmid SPAdes[11]、NOVOPlasty[12]、GetOrganelle[13]等的開發(fā)與更新，多種重要的藥用植物葉綠體基因組已完成測序和分析，如人參C. A. Meyer[14]、紅豆杉var.(Pilger) Florin[15]、三七(Burkill) F. H. Chen ex C. Chow & W. G. Huang.[16]、鐵皮石斛Kimura et Migo[17]、地黃(Gaert.) Libosch. ex Fisch. et Mey.[18]、射干(L.) Redouté[19]、連翹(Thunb.) Vahl[20]等的葉綠體全基因組序列的分析已有相關報道。本研究以洋金花和木本曼陀羅為材料，利用高通量測序方法測定其基因組DNA序列，并對其葉綠體基因組進行組裝和注釋。分析藥用植物洋金花和木本曼陀羅葉綠體基因組序列特征，IR邊界特征，間隔區(qū)信息位點變異的特征，并對洋金花和木本曼陀羅及其近緣物種共22種（25個樣品）植物的葉綠體基因組序列進行系統(tǒng)發(fā)育分析，驗證其系統(tǒng)的位置，探討曼陀羅屬與木曼陀羅屬的系統(tǒng)關系。為藥用植物洋金花及其近緣物種的種質(zhì)資源的鑒定、群體遺傳學和遺傳多樣性研究奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

洋金花和木本曼陀羅新鮮葉片釆集于廣西壯族自治區(qū)藥用植物園（22°50′47.14′′N, 108°19′30.06′′E），憑證標本號為XZ-2020-17和XZ-2020-16。葉片用硅膠干燥后，裝入取樣袋帶回實驗室，置于?80 ℃冰箱備用。樣品由河南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院中藥材系高致明教授和夏至教授鑒定為茄科植物洋金花L.和木本曼陀羅(L.) Lagerh.，憑證標本保存于河南農(nóng)業(yè)大學標本館，NCBI的GenBank登錄號為OK040953和OK040952。其近緣物種葉綠體基因組序列來源于NCBI數(shù)據(jù)庫，實驗材料詳細信息見表1。

1.2 DNA的提取和高通量測序

采用植物DNA提取試劑盒（天根生化科技有限公司）提取樣品干燥新鮮葉片的總DNA，利用1%的瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA完整性。樣品送至華大生物科技公司后，進行NanoDrop 2000微量分光光度計（美國Thermo Scientific公司）檢測總DNA的純度和濃度。MGISEQ-2000 PE150測序平臺測序，測序完成后，利用華大自主開發(fā)的過濾軟件SOAPnuke過濾參數(shù)。（1）過濾接頭：測序read匹配上adapter序列的25%或者以上則刪除整條read；（2）過濾低質(zhì)量數(shù)據(jù)：如果測序read中質(zhì)量值低于20的堿基占整條read的30%或者以上則刪除整條read；（3）去N：如果測序read中N含量占整條read的1%或者以上，則刪除整條read；（4）獲得clean reads。數(shù)據(jù)以FASTQ格式儲存，用于后續(xù)的拼接和注釋。

表1 植物樣品來源

1.3 葉綠體基因組的組裝和注釋

葉綠體基因組的拼接釆用NOVOPlasty-master[12]程序，插入片段大小設為150 bp。過濾后的reads用Geneious 11.0.3[21]拼接軟件組裝成重疊群，并對組裝中的簡并堿基，進行人工修正。利用Geneq-Annotation of Organellar（https:// chlorobox.mpimp golm.mpg.de/geseq.html），結(jié)合NCBI上已報道的曼陀羅L.（GenBank登錄號NC_018117）注釋結(jié)果對洋金花和木本曼陀羅葉綠體全基因組進行基因注釋，參數(shù)為默認值，最后進行手動調(diào)整。tRNA用ANAGORNV1.2.38（https://chlorobox.mpimp golm. mpg.de/geseq.html）預測。注釋完成后，提交到NCBI數(shù)據(jù)庫（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ genbank/），GenBank登錄號為OK040953和OK040952。利用在線工具OGDRAW-DRAW Organelle Genome Maps（https://chlorobox.mpimp-golm.mpg.de/ OGDraw. html）繪制葉綠體結(jié)構(gòu)圖。

1.4 葉綠體基因組IR邊界的收縮和擴張分析

IR區(qū)域在葉綠體基因中具有高度保守性，IR邊界的膨脹和收縮被認為是被子植物葉綠體全基因組大小變化的主要機制[20]。其中被子植物葉綠體基因組長度為120～180 kb。在植物進化過程中，IR/SC邊界不同程度的擴張和收縮是導致邊界和基因組長度多樣性的原因[22]。本研究使用Geneious 11.0.3[21]軟件獲得茄科10個屬11種藥用植物葉綠體基因組的IRa/IRb、LSC和SSC和邊界基因的序列長度，進行比較分析，探討茄科植物葉綠體基因組IR邊界的收縮和擴張?zhí)卣鳌２⑹褂肁dobe illustrator軟件繪制11種茄科植物葉綠體基因組IR邊界對比圖。

1.5 葉綠體基因組基因間隔區(qū)信息位點分析

在近緣物種中葉綠體基因間隔區(qū)往往比葉綠體基因編碼區(qū)具有更高的變異位點，常被用來分析屬間、屬內(nèi)種間物種親緣關系和系統(tǒng)發(fā)育關系。本研究基于茄科10個屬22種植物的葉綠體基因組序列特征，利用Geneious 11.0.3[21]的MAFFT[23]功能進行多重比較，導出Fasta格式文件，后用Phylosuite vl.2.1[24]提取22個物種葉綠體基因組32個共有的間隔區(qū)，統(tǒng)計這些間隔區(qū)的信息位點百分率，為下一步構(gòu)建茄科物種系統(tǒng)進化關系提供分子標記。

1.6 系統(tǒng)發(fā)育分析

基于本研究新報道的洋金花和木本曼陀羅的葉綠體基因組，同時選取NCBI已報道的茄科物種葉綠體基因組共22個（25個樣品），以近緣的旋花科（Convolvulaceae）植物蕹菜Forsk為外類群（表1）。利用Phylosuite vl.2.1[24]軟件基于MAFFT[23]參數(shù)設置進行多重比對。系統(tǒng)發(fā)育分析采用最大似然法（maximum likelihood，ML），利用CIPRES Science Gateway服務器（http://www. phylo.org/）中RAxML（version 8.2）軟件[25]構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹。利用Bootstrap（BS，1000次重復）檢驗各分支的支持率。系統(tǒng)發(fā)育樹導出后利用FigTree version 1.4.2進行查看。

2 結(jié)果與分析

2.1 洋金花和木本曼陀羅葉綠體基因組的結(jié)構(gòu)特征

測序結(jié)果去除接頭和低質(zhì)量的數(shù)據(jù)后，組裝和注釋后得到洋金花和木本曼陀羅的完整葉綠體基因組。結(jié)果表明，洋金花和木本曼陀羅葉綠體基因組均為共價閉合的雙鏈環(huán)狀分子（圖1）。洋金花和木本曼陀羅的葉綠體全基因組長度分別為155 934 bp（表2）和155 939 bp（表2），其中LSC長度分別為86 354 bp和86 278 bp，SSC分別為18 362 bp和18 221 bp，二者的2個IR長度分別為25 609 bp和25 720 bp。洋金花和木本曼陀羅的葉綠體全基因組中GC含量分別為37.9%、37.8%。在LSC區(qū)域中GC含量皆為35.9%，SSC區(qū)域中GC含量分別為32.3%和32.1%，IRs區(qū)域中GC含量相同，皆為43.1%。洋金花和木本曼陀羅的葉綠體全基因組分別注釋131和130個基因，洋金花包括85個蛋白編碼基因（protein coding genes，PCGs），38個tRNA以及8個rRNA，其中LSC區(qū)完全包含58個PCGs和23個tRNA，SSC區(qū)包含11個PCGs和1個tRNA，IRs區(qū)域內(nèi)包含11個PCGs和14個tRNA以及全部（8個）的rRNA，另外、、基因分別橫跨LSC/IRb、LSC/IRb、IRb/SSC和SSC/IRa邊界。而木本曼陀羅包括85個PCGs，37個tRNA以及8個rRNA，其中LSC區(qū)完全包含58個PCGs和22個tRNA，SSC區(qū)包含10個PCGs和1個tRNA，IRs區(qū)域內(nèi)包含12個PCGs和14個tRNA以及全部（8個）的rRNA，另外、、、基因分別橫跨LSC/IRb、LSC/IRb、IRb/SSC和SSC/IRa、IRb/SSC邊界。詳細信息見表2。

圖1 洋金花和木本曼陀羅的葉綠體基因組

表2 洋金花和木本曼陀羅葉綠體基因組堿基組成及特征

2.2 洋金花和木本曼陀羅葉綠體基因組的組成和特征分析

洋金花葉綠體基因組共包括131個基因，非重復基因113個，其中85個PCGs、8個rRNA基因與38個tRNA基因。其中，PCGs中與自我復制相關基因除rRNA基因和tRNA基因外（表3），還包括13個核糖體小亞基基因、11個核糖體大亞基基因和4個RNA聚合酶亞基基因；光合作用相關的基因有45個，包括12個NADH脫氫酶基因、5個光系統(tǒng)I基因、14個光系統(tǒng)II基因、6個細胞色素復合物編碼基因、6個ATP合酶基因、1個二磷酸核酮糖羧化酶大亞基基因和1個依賴ATP的蛋白酶單元p基因；此外還有4個其他功能基因及8個未知功能基因。在tRNA中、、、、、、各有2個拷貝；4個rRNA均有2個拷貝，分別位于反向重復區(qū)IRa和IRb。核糖體蛋白大小亞基編碼的基因中，、、和這3個基因均有2個拷貝，其余為1個拷貝。NADH脫氫酶亞基中的基因及未知功能蛋白基因和的拷貝數(shù)均為2。內(nèi)含子在基因表達調(diào)控中發(fā)揮重要作用，洋金花葉綠體基因組中有15個基因有內(nèi)含子。其中，、、、、、、、、、、、、、、各有1個內(nèi)含子，而、具2個內(nèi)含子。基因位于基因內(nèi)，整個編碼區(qū)為內(nèi)含子的一部分，存在序列共用現(xiàn)象；基因的3′端與基因的5′端，基因的3′端與基因的5′端、的3′端與的5′端重疊。木本曼陀羅和洋金花相比在tRNA上缺少了，其他基因組成與洋金花一致。

表3 洋金花和木本曼陀羅葉綠體基因組編碼的基因

a和b分別表示含有1個和2個內(nèi)含子；c表示含有2個拷貝基因；d表示木本曼陀羅缺少該基因

a and b represent one and two introns, respectively; c indicates that it contains two copies of genes; d indicates thatlacks this gene

2.3 茄科部分物種葉綠體全基因組特征比較分析

茄科植物葉綠體基因組特征的比較分析見表4，洋金花和木本曼陀羅及其近緣物種（共22個物種）葉綠體基因組的序列長度范圍介于155 004～157 390 bp，其中，黑果枸杞的葉綠體全基因組長度最短（155 004 bp），絨毛辣椒的葉綠體基因組最長（157 390 bp）。洋金花的葉綠體基因組長度為155 934 bp，木本曼陀羅的葉綠體基因組長度為155 939 bp，位于茄科其他20個物種的葉綠體基因組長度范圍之內(nèi)。洋金花和木本曼陀羅及其近緣物種（共22個物種）葉綠體基因組GC含量的范圍為37.6%～37.9%，山莨菪的GC含量最低（37.6%），洋金花的GC值最高為37.9%，而木本曼陀羅GC含量為37.8%。利用Geneious 11.0.3軟件獲取洋金花和木本曼陀羅及其近緣物種（共22個物種）葉綠體基因組的IR、LSC和SSC區(qū)序列。結(jié)果表明，IR區(qū)的序列長度范圍介于25 342～25 904 bp，其中的IR區(qū)最短（25 342 bp），顛茄的IR區(qū)最長（25 904 bp），洋金花的IR區(qū)的長度為25 609 bp，木本曼陀羅的IR區(qū)的長度為25 720 bp，2者均位于茄科其他20個物種IR區(qū)長度范圍之內(nèi)。LSC區(qū)序列長度范圍介于85 737～87 688 bp，其中洋芋的LSC區(qū)長度最短（85 737 bp），絨毛辣椒的LSC區(qū)長度最長（87 688 bp），洋金花的LSC區(qū)的長度為86 354 bp，木本曼陀羅的LSC長度為86 278 bp，都介于茄科其他20個物種LSC區(qū)長度范圍之內(nèi)。SSC區(qū)序列長度范圍介于17 487～18 642 bp，其中山莨菪的SSC區(qū)最短（17 487 bp），的SSC區(qū)最長（18 642 bp），洋金花SSC區(qū)長度為18 362 bp，木本曼陀羅SSC區(qū)長度為18 221 bp，二者介于茄科其他20個物種SSC區(qū)長度范圍之內(nèi)。

表4 茄科22種植物葉綠體基因組的特征

2.4 茄科10個屬11個物種葉綠體全基因組邊界的特征

選取茄科10個屬11個物種的葉綠體全基因組，比較分析洋金花和木本曼陀羅葉綠體基因組與茄科其他物種在進化過程中IR/SC邊界的擴張和收縮情況（圖2）。茄科10個屬11個物種葉綠體全基因組的IR-LSC和IR-SSC邊界比較顯示，IR/SC邊界具有高度的保守性，其LSC/IRb邊界（JLB），SSC/IRb邊界（JSB）、SSC/IRa邊界（JSA）和LSC/IRa邊界（JLA）的側(cè)翼基因完全相同，但邊界基因的擴張程度存在一定的差異。茄科11個物種中，9個物種JLB邊界全部位于基因內(nèi)，其中洋金花和木本曼陀羅的JLB邊界擴張范圍，位于9個物種之內(nèi)。但煙草和碧冬茄的基因卻全部位于LSC區(qū)域，距JLB邊界有5 bp。JSB邊界擴張范圍顯示，茄科物種的側(cè)翼基因完全相同，均為和基因，洋金花和木本曼陀羅的SSC/IRb邊界（JSB）與洋芋，辣椒和曼陀羅一致，存在基因于基因重疊現(xiàn)象。JSA邊界的擴張范圍顯示，SSC和IRa區(qū)域基因完全相同，均為基因，基因在IRa區(qū)長度范圍為995～1440 bp，在SSC區(qū)長度范圍為4205～4726 bp。其中洋金花和木本曼托羅的基因在SSC區(qū)域為4527 bp和4422 bp，在IRa區(qū)域為1101 bp和1049 bp，位于茄科11個物種JSA邊界擴張范圍之內(nèi)。JLA邊界擴張范圍顯示，其側(cè)翼基因完全相同，均為（位于IRa區(qū)）和（位于LSC區(qū)）2個基因。其中11個物種的和2個基因距JLA邊界堿基長度范圍變異不大，分別為56～166 bp和4～30 bp。洋金花和木本曼陀羅的和2個基因距JLA邊界的序列長度為136、124 bp和8、7 bp，位于11個物種JLA邊界擴張范圍之內(nèi)。

圖2 洋金花和木本曼陀羅及其近緣種的葉綠體全基因組邊界

2.5 茄科葉綠體基因組基因間隔區(qū)信息位點分析

根據(jù)茄科10個屬22種植物的32個葉綠體基因組間隔區(qū)信息序列特征統(tǒng)計結(jié)果（表5），在32個共同的葉綠體基因間隔區(qū)中，變異位點百分率變化范圍為3.49%～18.70%，最高的為基因間隔區(qū)，其變異位點百分率為18.70%。信息位點超過10%的基因間隔區(qū)有11個，分別為、、、、、、、、、、。這些變異位點百分率較高的葉綠體基因間隔區(qū)，能提供足夠多的信息位點，為茄科屬間和種間物種進化關系及分子鑒定提供較高的分辨率。

2.6 系統(tǒng)發(fā)育分析

選取洋金花和木本曼陀羅及其近緣物種共22種（25個樣品）葉綠體全基因組進行系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建，以旋花科植物蕹菜Forsk作為外類群，利用ML法構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹（圖3）。結(jié)果顯示取樣茄屬、辣椒屬、枸杞屬、曼陀羅屬、煙草屬、碧冬茄屬的單系性都得到100%支持。24個分枝節(jié)點中有22個的支持率都為100%，另外2個為98%和99%，聚類結(jié)果較為可靠。洋金花和曼陀羅以100%支持率聚在一起，它們所在的曼陀羅屬與木曼陀羅屬聚在1支，且有100%的支持率。

表5 茄科22個物種的32個葉綠體基因間隔區(qū)矩陣位點信息

圖3 基于葉綠體全基因組構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹

3 討論

中藥材洋金花作為我國藥典收載的藥材之一，與其近緣物種木本曼陀羅均富含東莨菪堿，具有重要的藥用和經(jīng)濟價值。本研究完成了藥用植物洋金花和木本曼陀羅的葉綠體基因組的測序，組裝與注釋。結(jié)果表明，藥用植物洋金花和木本曼陀羅的葉綠體基因組，均具有典型的4分區(qū)域結(jié)構(gòu)（圖1），包括1個LSC區(qū)、1對IR區(qū)和1個SSC區(qū)，長度分別為155 934 bp和155 939 bp。其葉綠體基因組長度位于茄科其他20個物種葉綠體基因組長度范圍之內(nèi)。洋金花和木本曼陀羅的葉綠體全基因組分別包含131和130個基因，洋金花包括85個PCGs，38個tRNA以及8個rRNA，木本曼陀羅和洋金花相比，在tRNA上缺少了基因，其余基因組成一樣。

基于茄科10個屬11個物種的葉綠體全基因組IR邊界比較分析（圖2），洋金花和木本曼陀羅與茄科其他8個屬植物的葉綠體基因組IR邊界均具有高度的保守性。其LSC/IRb邊界（JLB），SSC/IRa邊界（JSA）和LSC/IRa邊界（JLA）的側(cè)翼基因完全相同，但邊界側(cè)翼基因的擴張序列長度存在差異，洋金花和木本曼陀羅的上述邊界側(cè)翼基因擴張范圍，均為于茄科物種葉綠體基因組IR邊界的擴張范圍之內(nèi)。洋金花和木本曼陀羅的SSC/IRb邊界（JSB）與洋芋、辣椒和曼陀羅一致，存在基因于基因重疊現(xiàn)象。基因與基因重疊現(xiàn)象同樣也出現(xiàn)在龍膽科藥用植物葉綠體基因組[26]。IR邊界比較分析結(jié)果表明洋金花和木本曼陀羅與茄科其他物種的葉綠體全基因組具有較高保守性，葉綠體基因組適合用來解決茄科屬級以上分類等級的系統(tǒng)發(fā)育關系。

基于茄科10個屬22種植物的32個葉綠體基因組間隔區(qū)信息序列特征統(tǒng)計表明（表5），茄科的葉綠體基因組編碼區(qū)較為保守，在32個共同的葉綠體基因間隔區(qū)中，變異位點百分率變化范圍為3.49%～18.70%，變異位點百分率最高的為基因間隔區(qū)，其變異位點百分率為18.70%。本研究結(jié)果支持韓建萍等[3]結(jié)果，支持基因間隔區(qū)作為藥用植物洋金花與其偽品的DNA條形碼序列。此外，信息位點超過10%的葉綠體基因間隔區(qū)有11個，分別為、、、、、、、、、、。這些基因間隔區(qū)在茄科的屬間和種間提供了豐富的信息位點。由于葉綠體基因組在大多數(shù)被子植物中為母系遺傳，重組率低，核苷酸置換率適中[27]，進一步結(jié)合雙親遺傳的核基因片段聯(lián)合分析，為茄科植物屬下物種雜交起源，多倍體物種的形成和系統(tǒng)進化分析提供可靠的分子標記片段。

為進一步界定藥用植物洋金花和木本曼陀羅在茄科的系統(tǒng)位置，探討曼陀羅屬與木曼陀羅屬的系統(tǒng)關系，基于茄科22個物種（25個樣品）葉綠體基因組構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹（圖3）顯示，茄科各屬植物均聚成有較高支持率的分枝。其中洋金花與曼陀羅構(gòu)成1單系分支（支持率100%），表明藥用植物洋金花隸屬于曼陀羅屬。木曼陀羅屬（木本曼托羅為代表）與曼陀羅屬（包括洋金花與曼陀羅為代表）組成1單系分支（支持率100%），二者互為姐妹群。木曼陀羅屬與曼陀羅屬的系統(tǒng)關系一直存在爭議，一種認為木曼陀羅屬應獨立成一屬，有的認為應作為曼陀羅屬的一個組[1]。Persoon把曼陀羅屬內(nèi)具有木本特性，光滑而不規(guī)則開裂蒴果的木本曼陀羅分出，成立木曼陀羅屬L.[28]?！吨袊参镏尽氛J為Persoon所提出的特征：光滑而不規(guī)則開裂的蒴果，在曼陀羅屬的另一個組中同樣是存在的，因此將它作為曼陀羅屬的一個組[1]。本研究的葉綠體基因組數(shù)據(jù)結(jié)果支持近年來分子系統(tǒng)學研究結(jié)果[3,29-30]，草本的曼陀羅屬和木本的木曼陀羅屬是2個獨立的屬。木曼陀羅屬具有一系列獨特形態(tài)特征（近裔共性）也支持分子數(shù)據(jù)的結(jié)果，如木本的習性、俯垂的花、俯垂的漿果且表面平滑等這些形態(tài)特征與曼陀羅屬有著顯著的區(qū)別。

近年來，隨著新一代測序技術(shù)的成本降低，基于葉綠體基因組序列作為超級條形碼對物種的分子鑒定應用越來越廣泛[31]。洋金花作為常用中藥材之一，其商品中常混有同屬有毒植物曼陀羅的花，影響臨床用藥安全[3-4]。本研究首次報道藥用植物洋金花和木本曼陀羅的葉綠體基因組，豐富了曼陀羅屬及其近緣屬葉綠體基因組數(shù)據(jù)，比較分析這些近緣物種葉綠體基因組的特征和差異，為中藥材洋金花的精準鑒定提供理論依據(jù)。此外，茄科植物是許多大宗蔬菜和藥用植物的來源，本研究結(jié)果不僅為曼陀羅屬藥用植物的提供分子鑒別，也為茄科植物的分子鑒定，遺傳多樣性及種質(zhì)資源保護研究奠定基礎。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突

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Characterization and phylogenetic analysis of complete chloroplast genome ofand

BI Guang-yao1, DING Yi-ning1, WANG Li2, HU Sai-wen1, LI He-min1, LEI Ming3, ZHANG Zhan-jiang3, XIA Zhi1

1. College of Agronomy, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450046, China 2. Liuhe Agricultural Technology Extension Regional Station of Fangcheng County, Fangcheng 473200, China 3. Guangxi Botanical Garden of Medicinal Plants, Nanning 530023, China

To analyze the structure and feature of complete chloroplast genome of medicinal plantsand, so as to construct the phylogenetic relationship between the two species and their relatives.MGISEQ-2000PE150 was used to sequence the geomic DNA ofwith the paired-end strategyin Beijing Genomics Institute (China). The complete chloroplast genome was assembled using NOVO Plasty software, and sequence analysis was performed based on gene annotation results. Phylogenetic analyses were performed using Maximum-Likelihood (ML) methods.The complete chloroplast genome ofandwere 155 934 bp and 155 939 bp in length including 131 and 130 genes respectively, with a GC content of 32.3%. The chloroplast genome exhibited a typical quadripartite structure, including a large single copy region (LSC), a pair of inverted repeats (IR), and a small single copy (SSC), and the each region lengths of which were 86 354, 86 278, 25 609, 25720, 18 362, 18 221 bp, respectively. Phylogenetic analyses result indicated thatwas sister towith bootstrap 100%. The generaandformed one monophyletic group with bootstrap 100%.This study verified thatbelonged to the, and it was related to. The genusshould be separated from genus. The information of chloroplast genome provided foundation for subsequent studies on molecular identification and genetic diversity.

L.;(L.) Lagerh.; chloroplast genome; assembly; phylogenetic analysis

R282.12

A

0253 - 2670(2022)22 - 7191 - 10

10.7501/j.issn.0253-2670.2022.22.023

2022-04-07

河南省科技攻關項目（222102110137）；河南省高等學校重點科研項目計劃（22A360010）；國家自然科學基金-河南聯(lián)合基金項目（U1404302）

畢光耀（1998—），男，碩士研究生，研究方向為中藥資源的分子鑒定。E-mail: 903592548@qq.com

夏 至，教授，主要從事中藥資源的分子鑒定及分子生藥學研究。E-mail: xiazhiemail@126.com

[責任編輯 時圣明]