Journal of Experimental Botany | 葉綠體和線粒體基因組為陸生植物進(jìn)化提供了新見(jiàn)解

發(fā)稿時(shí)間：2020-04-27來(lái)源：天昊生物

 

題目：Zygnema circumcarinatum UTEX 1559 chloroplast and mitochondrial genomes provide insight into land plant evolution

輪藻Zygnema circumcarinatum UTEX 1559葉綠體和線粒體基因組為陸生植物進(jìn)化提供了新見(jiàn)解

發(fā)表期刊：Journal of Experimental Botany 發(fā)表時(shí)間：2020-3-24  影響因子：5.36

研究?jī)?nèi)容速覽：

輪藻的完整葉綠體和線粒體基因組為陸地植物的陸生化提供了新的線索。在此，研究者報(bào)道了UTEX 1559的細(xì)胞器基因組，以及綠藻、輪藻和陸地植物的33個(gè)質(zhì)體和18個(gè)線粒體基因組的比較基因組學(xué)研究。通過(guò)這些質(zhì)體和線粒體基因組確定基因的存在/缺失。UTEX 1559 (157,548 bp)和SAG 698-1a (165,372 bp)質(zhì)體之間的比較揭示了非常相似的基因，但是基因組發(fā)生了實(shí)質(zhì)性的重排。令人驚訝的是，這兩個(gè)質(zhì)體只有85.69%的核苷酸序列一致性。UTEX 1559線粒體基因組大小為215,954 bp，是所有測(cè)序輪藻中最大的。有趣的是，這個(gè)大的線粒體基因組包含一個(gè)50 kb的區(qū)域，與任何其他細(xì)胞器基因組都沒(méi)有同源性，其兩側(cè)是兩個(gè)86 bp的正向重復(fù)序列，包含15個(gè)ORFs。這些ORFs與來(lái)自細(xì)菌和植物的蛋白質(zhì)具有顯著的同源性，具有諸如引物酶、RNA聚合酶和DNA聚合酶的功能。本研究結(jié)論為：(i)先前發(fā)表的SAG 698-1a質(zhì)體可能來(lái)自不同的雙星藻屬Zygnema物種，以及(ii)UTEX 1559線粒體基因組中的50 kb區(qū)域可能是最近獲得的可移動(dòng)元件。

 

 

實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示

圖1、兩種Z. circumcarinatum藻種SAG 698-1a(上)和UTEX 1559(下)的MAUVE比對(duì)。結(jié)果顯示了大量的重排和不同的質(zhì)體長(zhǎng)度，表明這些藻種可能不是同種的。A框顯示了含有ccsA基因和trnI基因的區(qū)域，這是兩個(gè)質(zhì)體之間極少數(shù)保存完好的區(qū)域。B框顯示了一個(gè)位于ndhJ基因和tRNA，trnL (uag)之間的大區(qū)域，該區(qū)域是最大的區(qū)域(100kbp)，在該區(qū)域內(nèi)共享保守的基因序列，但在位置上相對(duì)于其他區(qū)域非常顯著地發(fā)生了重排。

 

圖2、基于質(zhì)體基因構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育圖，熱圖代表基于基因GO的功能基因分組。

 

圖3、基于線粒體基因構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育圖，熱圖代表基于基因GO的功能基因分組。

圖4、本研究包括的線粒體基因組的基因密度圖。x軸為每個(gè)線粒體基因組中基因序列的百分比。y軸為物種。圓的大小為基因間間隔的百分比(IGS)。圓的顏色代表線粒體基因組大小。除了A. thaliana和Z. circumcarinatum UTEX 1559以外的所有物種都保持40%或更高的基因密度。UTEX 1559的基因密度為29.4%，不包括移動(dòng)元件中的基因。當(dāng)考慮移動(dòng)元件中存在的額外基因時(shí)，UTEX 1559仍然保持低于40%的基因密度。

 

 

圖5、UTEX 43 1559線粒體基因組中50 kb“基因沙漠”區(qū)域示意圖。通過(guò)ORFfinder和序列相似性搜索，在該區(qū)域共發(fā)現(xiàn)16個(gè)基因(15個(gè)CDSs和1個(gè)tRNA)。

 

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