摘要：本研究利用Illumina HiSeq X Ten测序平台对芍药属药用植物美丽芍药进行了叶绿体全基因组测序,通过生物信息学分析方法进行序列组装、注释和特征解析,并将其与芍药属其他11种植物的叶绿体全基因组进行了比较基因组学和系统发育分析。结果显示,美丽芍药叶绿体基因组全长152 731 bp, GC含量为38.4%,具有被子植物叶绿体基因组典型的四分体结构,包括一个大单拷贝区(large single copy, LSC)、一个小单拷贝区(small single copy, SSC)和一对反向重复区(inverted repeat sequence, IRa/IRb),长度分别为84 402、16 969和25 680 bp;共注释得到136个基因,包括90个蛋白编码基因, 38个tRNA基因和8个rRNA基因,其中7个蛋白编码基因、7个tRNA基因和4个rRNA基因分别在反向重复区发生了一次重复;此外,在美丽芍药叶绿体基因组中共检测出28个散在重复序列(dispersed repeats)、10个串联重复序列(tandem repeats)和64个简单重复序列(simple sequence repeats, SSRs)。芍药属12个物种的叶绿体基因组在大小、基因组成和排列顺序、GC含量等方面高度保守;同时,非编码区(包括基因间区和内含子)序列的种间变异高于蛋白编码基因序列, LSC区和SSC区序列变异高于IR区。系统发育分析结果以100%的支持率支持美丽芍药与芍药、草芍药和川赤芍共同构成一个单系分支,并与芍药亲缘关系最近。本研究首次报道了美丽芍药叶绿体全基因组,对其序列变异及结构特征进行了解析,并基于叶绿体全基因组序列构建系统发育树,明确了美丽芍药在芍药属内的系统发育位置,研究结果将为美丽芍药的保护遗传学和资源开发利用等研究提供理论基础。

关键词：芍药属 美丽芍药 叶绿体基因组 高通量测序 系统发育 

单位：陕西中医药大学药学院/陕西省秦岭中草药应用开发工程技术研究中心; 陕西西安712046