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

　　蝴蝶蘭屬（Phalaenopsis Bl.）是一類具有較高觀賞價值的附生蘭，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%，同時編碼109個單拷貝基因，包括5個NADH脫氫酶((NA (D)H dehydrogenase)基因，IR區(qū)域均具20個重復(fù)基因，有 16個基因存在1個或多個內(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分支，支持這三個物種應(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級研究生段涵寧和2020級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，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)擴大取樣范圍，進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)。