内蒙古两种生态型羊草叶绿体基因组序列差异分析

doi:10.11686/cyxb2022338

摘要/Abstract

摘要：

羊草是广泛分布于我国内蒙古草原上的一种优质牧草，根据叶色差异可将其分为灰绿和黄绿两种生态型，前期研究发现二者的叶绿体存在差异，但是造成羊草叶色趋异的分子机理还不清楚。选取内蒙古敕勒川草原的两种生态型羊草，利用Denovo测序平台对二者的叶绿体基因组进行测序和特征分析。结果表明，灰绿型羊草全长136816 bp，大单拷贝区80973 bp，拥有一对长21560 bp的反向重复序列，黄绿型羊草全长136809 bp，大单拷贝区80962 bp，拥有一对长21562 bp的反向重复序列，二者均含有12723 bp的小单拷贝区；二者的叶绿体基因组皆包含131个基因，编码84个蛋白质、8个rRNA和39个tRNA基因；二者都具有丰富的重复序列并存在差异，且大多位于基因间隔区；二者的叶绿体基因组序列相比共发现14个突变区，导致二者反向重复区域收缩/扩张的不同；此外，系统发育分析证明两种生态型羊草与祖先新麦草依然保持较近的亲缘关系。所以，两种生态型羊草的叶绿体基因组序列为解析二者叶色差异提供了分子信息，更为推动羊草叶绿体转化技术奠定了基础。

关键词: 灰绿型羊草, 黄绿型羊草, 叶绿素, 叶绿体基因组

Abstract:

Leymus chinensis， a species of high-quality forage grass widely distributed in Inner Mongolia grassland， can be divided into two ecotypes according to the leaf color： gray-green and yellow-green， for which the chloroplastic differences have been previously described， but the molecular basis of the leaf color difference remains unclear. In this study， the chloroplast genomes of two ecotypes of L. chinensis， which were selected from Chilechuan grassland， are sequenced and analyzed using the Denovo sequencing platform. The results show that the gray-green type has a total length of 136816 bp， comprising a large single-copy region of 80973 bp， and a pair of inverted repeats with a length of 21560 bp； The yellow-green type counterpart has a total length of 136809 bp， a large single-copy region of 80962 bp， and a pair of inverted repeats with a length of 21562 bp. Meanwhile， it’s also found that each type contains a small single-copy region of 12723 bp， and each chloroplast genome contains 131 genes， encoding 84 proteins， 8 rRNAs and 39 tRNA genes. The two ecotypes share abundant repeats and differences， mostly located in the inter genic spacer. Moreover， a total of 14 mutated regions are found in the chloroplast genome sequences of the two， resulting in different contraction or expansion of the inverted repeat regions. Also， the phylogenetic analysis suggests kinship with the ancestor Psathyrostachys juncea. In conclusion， the chloroplast genome sequences of the two ecotypes in this study provide molecular information about the basis of the difference of leaf color. This information lays a foundation for the technology of chloroplast transformation.

Key words: gray-green Leymus ecotype, yellow-green Leymus ecotype, chlorophyll, chloroplast genome

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图/表 13

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项目 Item	灰绿型羊草 GG L. chinensis		黄绿型羊草 YG L. chinensis
项目 Item	长度Length （bp）	百分比Percent （%）	长度Length （bp）	百分比Percent （%）
全长 Total length	136816	100.00	136809	100.00
大单拷贝区 Large single-copy （LSC）	80973	59.18	80962	59.18
反向重复序列a Inverted repeats a （IRa）	21560	15.76	21562	15.76
小单拷贝区 Small single-copy （SSC）	12723	9.30	12723	9.30
反向重复序列b Inverted repeats b （IRb）	21560	15.76	21562	15.76
蛋白编码基因 Protein coding genes	59235	43.29	59235	43.30
转运RNA tRNA	3046	2.23	3046	2.23
核糖体RNA rRNA	9192	6.72	9192	6.72

项目 Item	灰绿型羊草 GG L. chinensis		黄绿型羊草 YG L. chinensis
项目 Item	长度Length （bp）	百分比Percent （%）	长度Length （bp）	百分比Percent （%）
全长 Total length	136816	100.00	136809	100.00
大单拷贝区 Large single-copy （LSC）	80973	59.18	80962	59.18
反向重复序列a Inverted repeats a （IRa）	21560	15.76	21562	15.76
小单拷贝区 Small single-copy （SSC）	12723	9.30	12723	9.30
反向重复序列b Inverted repeats b （IRb）	21560	15.76	21562	15.76
蛋白编码基因 Protein coding genes	59235	43.29	59235	43.30
转运RNA tRNA	3046	2.23	3046	2.23
核糖体RNA rRNA	9192	6.72	9192	6.72

基因分类 Gene classification	灰绿型GG	黄绿型YG	基因分类 Gene classification	灰绿型GG	黄绿型YG
基因总数 Total genes	131	131	tRNA基因 tRNA genes	39	39
蛋白质编码基因 Protein-coding genes	84	84	内含子中的基因 Genes with introns	12	12
rRNA基因 rRNA genes	8	8	IR区重复的基因 Genes duplicated by IR	18	18

基因分类 Gene classification	灰绿型GG	黄绿型YG	基因分类 Gene classification	灰绿型GG	黄绿型YG
基因总数 Total genes	131	131	tRNA基因 tRNA genes	39	39
蛋白质编码基因 Protein-coding genes	84	84	内含子中的基因 Genes with introns	12	12
rRNA基因 rRNA genes	8	8	IR区重复的基因 Genes duplicated by IR	18	18

基因分类 Category for genes	基因分组 Group of genes	基因名称 Name of genes
光合作用相关基因Genes for photosynthesis	光合系统Ⅰ基因Genes of photosystem I	psaB， psaA， psaI， psaJ， psaC
	光合系统Ⅱ基因Genes of photosystem II	psbA， psbK， psbI， psbD， psbC， psbZ， psbM， psbJ， psbB， psbT， pbfI， psbH， psbF， psbE， psbL
	ATP合酶基因Genes of ATP synthase	atpI， atpH， atpF， atpA， atpE， atpB
	细胞色素复合物基因Genes of cytochrome b/f complex	petN， petA， petL， petD， petB， petG
	NADH脱氢酶基因Genes of NADH-dehydrogenase	ndhJ， ndhK， ndhC， ndhB， ndhF， ndhD， ndhE， ndhG， ndhI， ndhA， ndhH
	二磷酸核酮羧化酶大亚基基因Large subunit genes of RuBisco	rbcL
表达相关基因 Genes for expression	rRNA基因rRNA genes	rrn16S， rrn23S， rrn4.5S， rrn5S
	tRNA基因tRNA genes	trnK-UUU， trnQ-UUG， trnS-GCU， trnG-GCC， trnM-CAU， trnS-CGA， trnT-GGU， trnE-UUC， trnY-GUA， trnD-GUC， trnC-GCA， trnR-UCU， trnL-UAA， trnF-GAA， trnV-UAC， trnW-CCA， trnP-UGG， trnH-GUG， trnI-GAU， trnA-UGC， trnN-GUU， trnN-GUU， trnL-UAG， trnL-CAA， trnS-UGA， trnT-UGU， trnV-GAC， trnR-ACG， trnR-ACG， trnS-GGA
	核糖体小亚基基因Small subunit genes of ribosomal	rps16， rps2， rps14， rps4， rps3， rps18， rps11， rps8， rps19， rps7， rps12， rps15
	核糖体大亚基基因Large subunit genes of ribosomal	rpl33， rpl20， rpl36， rpl14， rpl16， rpl22， rpl2， rpl23， rpl32
	依赖DNA的RNA聚合酶亚基基因DNA dependent RNA polymerase	rpoB， rpoC1， rpoC2， rpoA
其他基因 Other genes	C型细胞色素合成基因C-type cytochrome synthesis gene	ccsA
	外膜蛋白基因Envelope membrane protein gene	cemA
	成熟酶基因Maturase gene	matK
	蛋白酶基因Protease gene	clpP
	转录起始因子基因Translation initiation factor gene	infA
未知功能基因Genes of unknown function	假定叶绿体基因和保守开放阅读框Conserved hypothetical chloroplast reading frames	bptG， ycf3， ycf4