蓮（Nelumbo nucifera）是白堊紀(jì)晚期的孑遺植物。測定蓮的線粒體基因組序列，對于闡明真雙子葉植物的演化特征，是非常重要的。zui近，武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院雜交水稻國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室丁毅教授團(tuán)隊(duì)在Nature子刊《Scientific Reports》上在線發(fā)表題為“The mitochondrial genome map of Nelumbo nucifera reveals ancient evolutionary features”的研究論文。這項(xiàng)研究采用單分子實(shí)時(shí)測序技術(shù)（SMRT）測定了蓮線粒體全基因組序列，并在從頭組裝和注釋之后構(gòu)建了線粒體基因組圖譜。點(diǎn)擊閱讀武大生科院的其他研究成果：武漢大學(xué)Nature子刊發(fā)表水稻研究新成果；武漢大學(xué)朱英國院士PNAS發(fā)表水稻研究新成果；武漢大學(xué)Nature子刊開發(fā)成像新技術(shù)。

線粒體基因組的大小在被子植物之間存在差異，從約220 KB（油菜）至11.3 MB（Silene conica），反映了非編碼DNA的插入，包括質(zhì)體和細(xì)胞核 DNA，以及來自水平基因轉(zhuǎn)移（HGT）和DNA。在被子植物演化過程中，基因組組織也是可變的，從而反映了重復(fù)序列介導(dǎo)的頻繁的分子內(nèi)或分子間同源重組。線粒體基因組的組織、基因含量和RNA編輯，在種子植物之間存在著顯著規(guī)模的差異。這種變化對于研究基因組結(jié)構(gòu)和序列的演變，是非常有用的。

蓮就像銀杏、紅杉、水杉、鵝掌楸一樣，是白堊紀(jì)晚期的孑遺植物。在白堊紀(jì)早期，蓮是阿爾必中期繁榮生長的一種多年生水生植物。目前，蓮已被列入單型科蓮科，其中包含一個(gè)單一的屬Nelumbo。本屬包括兩個(gè)物種，N. nucifera和N. lutea。作為一種譜系出現(xiàn)在核心真雙子葉植物分支之前的雙子葉植物，蓮對于真雙子葉植物的起源供了新的見解。蓮的細(xì)胞核和葉綠體基因組在zui近已經(jīng)發(fā)布。然而，關(guān)于蓮的線粒體基因組信息還沒有報(bào)道。因此，測定蓮的線粒體基因組序列，以揭示這種植物的進(jìn)化特征，并提供“從基部被子植物到雙子葉植物的進(jìn)化軌跡”的相關(guān)線索，是非常重要的。

通過單分子實(shí)時(shí)測序技術(shù)（SMRT）的第三代測序技術(shù)，不需要PCR擴(kuò)增，就能產(chǎn)生相當(dāng)長的（多達(dá)30 KB）的無偏估DNA序列。此前，該技術(shù)已經(jīng)通過PacBio RS II平臺應(yīng)用于從頭組裝。

在這項(xiàng)研究中，研究人員使用單分子實(shí)時(shí)測序技術(shù)（SMRT）測定了蓮的線粒體基因組，并在從頭組裝和注釋之后構(gòu)建了線粒體基因組圖譜。結(jié)果表明，524797 bp的蓮線粒體基因組共有63個(gè)基因，包括40個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因，3個(gè)rRNA基因和20個(gè)tRNA基因。15個(gè)共線基因簇在不同種類的植物之間是保守的。研究人員在蛋白質(zhì)編碼基因中確定了大約有700個(gè)RNA編輯位點(diǎn)。通過選擇壓力分析，他們確定了正選擇的基因。

研究人員鑒定了19個(gè)葉綠體來源的片段，和七個(gè)來自葉綠體的tRNAs。這些結(jié)果表明，蓮線粒體基因組仍然保留進(jìn)化上保守的特點(diǎn)，包括古老的基因內(nèi)容和基因簇、高水平的RNA編輯和低水平的葉綠體衍生片段插入。作為*個(gè)公開的基底雙子葉植物線粒體基因組，蓮線粒體基因組，可促使研究人員進(jìn)一步分析基部雙子葉植物的特征，并提供“從基部被子植物到雙子葉植物的進(jìn)化軌跡”的線索。

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