西南林業(yè)大學(xué)生物多樣性保護(hù)學(xué)院在蘭科葉綠體基因組演化方面取得新進(jìn)展

　　蝴蝶蘭屬（Phalaenopsis Bl.）是一類具有較高觀賞價(jià)值的附生蘭，為蘭科樹蘭亞科萬代蘭族指甲蘭亞族成員，分布于熱帶亞洲至澳大利亞。全世界約有40~45種，我國有22種，包括5個(gè)中國特有種，見于南方熱帶和亞熱帶地區(qū)的常綠闊葉林下。

　　近年來，由于森林破碎化和人為干擾加劇，蝴蝶蘭屬野生資源的保護(hù)和利用備受關(guān)注。然而，由于研究資料較少，且取樣不足、缺乏足夠的遺傳變異位點(diǎn)分子信息，蝴蝶蘭屬的分類系統(tǒng)及其與近緣類群的親緣關(guān)系存在較大爭議，與該屬所在的指甲蘭亞族等被視為蘭科分類系統(tǒng)學(xué)中的“黑洞”，亟待更多證據(jù)來澄清。

　　為進(jìn)一步挖掘葉綠體基因組遺傳信息在蘭科分類系統(tǒng)方面的多樣性及變化，我校生物多樣性保護(hù)學(xué)院蘭科多樣性研究小組選擇了中國特有的華西蝴蝶蘭（Phalaenopsis wilsonii）和僅分布于中緬邊界的滇西蝴蝶蘭（Phalaenopsis stobartiana）為研究對象，利用高通量測序技術(shù)（Illumina Novaseq）獲得了兩種蘭花的葉綠體全基因組序列，利用相關(guān)軟件完成了葉綠體基因組結(jié)構(gòu)組裝和基因注釋，分析了它們的基因組序列特征，包括RSCU、IR邊界、mVISTA、變異位點(diǎn)等，并構(gòu)建了系統(tǒng)發(fā)育樹。

　　首先，該研究結(jié)果基于測序獲得的高質(zhì)量葉綠體全基因組序列，組裝了兩種蘭花的葉綠體基因組圖譜，均為典型的環(huán)狀四分體結(jié)構(gòu)，GC含量均為36.8%，同時(shí)編碼109個(gè)單拷貝基因，包括5個(gè)NADH脫氫酶((NA (D)H dehydrogenase)基因，IR區(qū)域均具20個(gè)重復(fù)基因，有 16個(gè)基因存在1個(gè)或多個(gè)內(nèi)含子。

　　其次，基因組比較分析支持蝴蝶蘭屬的葉綠體基因組結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，但是在屬內(nèi)種間，其IR區(qū)域邊界存在擴(kuò)增與收縮(圖3)。編碼區(qū)與非編碼區(qū)的序列比較結(jié)果表明，SC區(qū)域的序列變異性大于IR區(qū)域。多數(shù)蛋白編碼基因表現(xiàn)出較高的密碼子偏好性，45個(gè)基因表現(xiàn)出正向選擇。

　　再次，基于來自60種有代表性蘭科植物的CDS序列構(gòu)建的系統(tǒng)樹分析表明，包括滇西蝴蝶蘭和華西蝴蝶蘭在內(nèi)的蝴蝶蘭屬植物在萬代蘭族里構(gòu)成一個(gè)支持率較高的分支?；趍atK基因序列構(gòu)建的系統(tǒng)樹分析表明(圖4)，本文研究的兩種蝴蝶蘭屬植物與浙江蝴蝶蘭形成支持率較高的一個(gè)分支，支持這三個(gè)物種應(yīng)該放在柏氏蝴蝶蘭亞屬(subgen. Parishianae)的落葉蝴蝶蘭組(sect. Aphyllae)。

　　該研究近期以題為”Complete chloroplast genome structural characterization of two Phalaenopsis ( Orchidaceae ) species and comparative analysis with their alliance”，在國際知名生物學(xué)領(lǐng)域期刊《BMC基因組學(xué)》(BMC Genomics，IF= 4.4，中科院2區(qū)TOP)在線發(fā)表。本文第一作者為2021級(jí)碩士研究生陶磊，系李青青教授和李璐副研究員聯(lián)合培養(yǎng);共同作者2021級(jí)研究生段涵寧和2020級(jí)研究生陶凱鋒參與了數(shù)據(jù)分析，中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園羅艷研究員參與了論文設(shè)計(jì)，李璐副研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(32060049)支持。

　　近5年來，該研究小組圍繞著蘭科葉綠體基因組多樣性的系統(tǒng)演化，積累了豐富的研究數(shù)據(jù)，在相關(guān)雜志上發(fā)表葉綠體基因組論文10余篇，為進(jìn)一步澄清和理解蘭科分類系統(tǒng)學(xué)提供了分子遺傳信息。其中， 2021年在國際生物學(xué)領(lǐng)域期刊《植物多樣性》(Plant diversity，IF = 4.8，中科院2區(qū))發(fā)表了題為“Chloroplast genomic diversity in Bulbophyllum section Macrocaulia (Bl.) Aver. (Orchidaceae, Epidendroideae, Malaxideae): Insights into species divergence and adaptive evolution”。接下來，該研究小組還將繼續(xù)擴(kuò)大取樣范圍，進(jìn)一步挖掘葉綠體基因組的分類系統(tǒng)學(xué)意義，為蘭科物種多樣性形成及其傳粉生物學(xué)適應(yīng)提供科學(xué)依據(jù)。