鼠李科（Rhamnaceae）是一個(gè)廣泛分布于世界各地的被子植物科，包含約55個(gè)屬和950個(gè)物種。諸如棗屬（Ziziphus）、鼠李屬（Rhamnus）和雀梅藤屬（Sageretia）等鼠李科植物與人們的生活存在很大關(guān)聯(lián)，在食品、藥用和觀賞等方面均有一定的應(yīng)用價(jià)值。2022年初，海洋科學(xué)與生物工程學(xué)院王碩教授團(tuán)隊(duì)在植物學(xué)國(guó)際頂級(jí)期刊Nature Plants發(fā)表封面論文《一億年前琥珀中發(fā)現(xiàn)起源于南非的適火性鼠李科植物》，這一研究將被子植物起源與快速進(jìn)化的研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到了鼠李科植物上。然而，以往由于采樣不足、缺乏足夠的信息位點(diǎn)及有限的基因組信息，鼠李科葉綠體基因組的進(jìn)化和系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系仍然缺乏深入的解析。
為探討鼠李科植物的葉綠體基因組的進(jìn)化和系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，海洋科學(xué)與生物工程學(xué)院王碩教授團(tuán)隊(duì)對(duì)金鵝絨菲利卡（Phylica pubescens）等鼠李科植物的葉綠體全基因組進(jìn)行了高通量測(cè)序、組裝和注釋，并進(jìn)行了代表性鼠李科植物的葉綠體基因組比較進(jìn)化分析。研究結(jié)果顯示，盡管鼠李科植物因歷經(jīng)變遷而遍布全球，但其葉綠體基因組卻呈現(xiàn)出較高的保守性，具有典型的環(huán)狀四分體結(jié)構(gòu)，大小介于159,884 bp到162,962 bp之間。infA等基因的缺失并未影響鼠李科葉綠體的功能。選擇壓力分析揭示，rpl32等基因經(jīng)歷了正向選擇，有助于增強(qiáng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。密碼子使用模式分析表明，鼠李科葉綠體基因組偏好使用以A/U結(jié)尾的密碼子。此外，研究還鑒定了鼠李科葉綠體基因組的簡(jiǎn)單重復(fù)序列和長(zhǎng)重復(fù)序列，確定了15個(gè)高度可變區(qū)域，為未來(lái)的分子標(biāo)記以及相關(guān)的遺傳學(xué)和基因組學(xué)研究提供重要參考。
在充分審視前人研究的基礎(chǔ)上，研究基于目前數(shù)量最多的葉綠體全基因組序列進(jìn)一步探究了鼠李科的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果得到了極高的支持率，支持前人基于形態(tài)和分子數(shù)據(jù)將鼠李科分為蔓棗分支、棗分支和鼠李分支的分類結(jié)果，并提出將長(zhǎng)葉凍綠（Rhamnus crenata）歸入裸芽鼠李屬（Frangula）的建議。這些結(jié)果為理解鼠李科的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系提供了葉綠體全基因組層面的全新視角，同時(shí)也為科學(xué)合理地利用和保護(hù)鼠李科植物資源提供了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)依據(jù)。
相關(guān)成果以“Uncovering the first complete chloroplast genomics, comparative analysis, and phylogenetic relationships of the medicinal plants Rhamnus cathartica and Frangula alnus (Rhamnaceae)”和“Exploring the chloroplast genomics, comparative analysis, evolution, and phylogenetic relationships of Phylica pubescens (Rhamnaceae) in the Cape Flora”為題分別發(fā)表在國(guó)際生物學(xué)期刊Physiology and Molecular Biology of Plants（doi.org/10.1007/s12298-023-01331-7）和South African Journal of Botany（doi.org/10.1016/j.sajb.2023.11.051）上。青島科技大學(xué)海洋科學(xué)與生物工程學(xué)院2021級(jí)碩士研究生石文博為第一作者，施超教授和王碩教授為通訊作者，青島科技大學(xué)為第一通訊單位。
研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（32370244）、泰山學(xué)者青年專家項(xiàng)目（tsqn202306214）、山東省自然科學(xué)基金（ZR2023MC157）和現(xiàn)代古生物學(xué)和地層學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題（223123）的支持。
基于葉綠體全基因組構(gòu)建鼠李科系統(tǒng)發(fā)育樹
