完整的叶绿体基因组序列外文翻译资料

莪术（Curcuma flaviflora）完整的叶绿体基因组序列

摘要：

本研究对东南亚地区的药用植物莪术Curcuma flaviflora完整的叶绿体(cp)基因组进行了测序。基因组大小为16478 bp, GC含量为36.3%。一对大小为26 946 bp反向重复(IRs)分别由一个88008bp大的单拷贝(LSC)和一个18578 bp小的单拷贝 (SSC)组成。cp基因组包含132个注释的基因，包括79个蛋白质编码基因、30个tRNA基因和4个rRNA基因。这些基因中有19个被复制到反向重复的区域。

关键词：完整叶绿体基因组，莪术，药用植物

沿革：2015年6月2日收到；2015年7月10日修订；接受的2015年7月18日；2015年9月11日在线发表

叶绿体它属于质体的一种，在绿色植物细胞内普遍存在，是植物细胞的主要特征之一，叶绿体含有用于光合作用的全部酶促机制（Jensen et al, 1966; Pfannschmidt et al, 1999）。它拥有自身完整的一套基因组，是具有自主遗传信息的半自主性细胞器，即不但是绿色植物进行能量转化和光合作用重要的细胞器，而且是母本遗传信息的重要载体，叶绿体还可利用光能固定二氧化碳，将光能转化成化学能和生物能，产生有机化合物及氧气。除了光合作用的核心功能外，叶绿体还参与色素，脂肪酸，淀粉和氨基酸的生物合成（Neuhaus et al, 2000）。研究结果表明，大部分开花植物的叶绿体基因组结构高度保守（Jansen R K, 2012）。通常情况下，陆地植物中叶绿体基因组的大小一般在120至160kb之间，由具有四联体的单个环状染色体，即一对反向重复（IR）和一个大的单拷贝（LSC）区域和一个小的单拷贝（SSC）区域组成（Lee et al, 2006; Palmer et al, 1985; Saski et al, 2005）。

叶绿体基因组具有基因组结构及基因含量相对保守的特点，而这一条件很好的保证了类群间的同源性；其次，叶绿体转化机制属于母系单亲遗传，除了反向重复区外所有基因均为单拷贝，后代材料稳定，漂移的频率极低，也因此没有必要担心叶绿体基因组可能会造成的污染，保证了物种间基因的直系同源；再次，叶绿体基因组虽小，一般不到200kb，但其可以提供大量的遗传数据信息，其核苷酸和氨基酸序列及基因组特征都可以作为系统发育分析的有效资源；最后，植物体内，叶绿体基因组具有大量的拷贝数，每一个基因在植物叶绿体中的拷贝数可达1万个，而在IR区域的基因则加倍，表达的目的蛋白占可溶性蛋白的比例高达46.1%，则显示了叶绿体非常适合遗传转化。与核转化相比，叶绿体遗传转化具有明显的优势，诸如：易提取、分离纯化以及测序，且费用较低、表达效率高、外源基因可以定位整合、可以直接表达来自原核的功能基因、多基因同时转化、转化效率高、没有载体序列及位置效应或多效性；没有转化前经常出现的基因沉默现象等。叶绿体转基因技术是外源基因依靠插入特异位点后进行重组，因其定点整合、高效表达及安全性好的优势成为植物基因工程的研究热点之一，叶绿体基因组将为有效利用药用植物的叶绿体转化起着重要作用。

姜黄是主要热带姜科植物中的第三大属（约50属41500种），由约120种（Eli0s et al, 2012）组成。姜黄分布较广，盛产于东南亚和澳大利亚北部。主要分布在东南至西南部。姜黄种类在亚洲是重要的传统医药，并且作为传统常用中药，收载于历版《中华人民共和国药典》。其主要生物活性成分是姜黄素类和挥发油。姜黄素类具有降血脂、抗凝、抗氧化、利胆、抗动脉粥样硬化、抗癌等作用。近年来，研究发现姜黄素能抑制 HIV —1 整合酶活性而用于艾滋病的临床试验（陈文娟，1999）。而挥发油主要起抗炎、抗菌以及止咳作用。姜黄素类通过诱导恶性肿瘤细胞分化、诱导恶性肿瘤细胞凋亡及对肿瘤生长各期的抑制效应来发挥其抗癌作用。目前临床应用十分广泛。（韩婷，宓鹤鸣. 2001）由于植物叶绿体基因组进化速度较慢，长期被用于植物的分类及分子进化研究，也因此目前受到越来越多的学者的广泛关注和逐步认可(Chung et al, 2006; Sanchez-Puerta , Abbona , 2014; Daniell et al, 2006)。最近，植物的叶绿体基因组序列得到普遍认同，但药用植物很少被报道（Ding et al, 2015）。 Curcuma roscoeana只是目前在姜黄报道中的一个物种（Barrett et al, 2014）。

东南亚特有物种姜黄（Curcuma flaviflora）经过测序并在本研究中报道。首先对姜黄材料进行短暂的匀浆化，然后再通过采用Percoll密度梯度离心法分离姜黄叶绿体细胞器，再使用试剂盒提取姜黄叶绿体DNA。叶绿体基因组数据必须依赖生物信息学工具的辅助处理才能进行正确拼接、组装和注释分析。整个叶绿体基因组由Illumina Hiseq 2000进行测序，以C. flaviflora 作为参考基因组，并通过Sequencher 4.10实现完整的叶绿体cp基因组的组装。然后使用DualOrganellarGenoMe注释器（DOGMA, Wyman et al, 2004）对组装好的叶绿体基因组进行基因注释，即通过BLASTX和BLASTN标识编码的位置基因和RNA被用于注释叶绿体基因组。完整的叶绿体基因组注释完成后，需要对四个区域的边界确定进行确定，即对LSC区、SSC区、两个IRS区进行边界确定，在Geneiousv8.0.2中利用MAFFTv7.017将序列自我比对，找到两个反向重复区后，两个单拷贝区域也就得以确定。由点阵图可以看出两段反向重复序列的存在，即IR区，返回到序列中再次比对校正。IRS区确定后，LSC、SSC的范围也就确定了。生物信息学的迅速发展能够实现对叶绿体基因组测序数据进行快速有效的分析，进而推动叶绿体基因组序列信息的深层挖掘和利用。测定的姜黄完整的基因组序列被提交到GenBank，其登录号为KR967361。

研究中测定结果表现为：测定的东南亚特有物种姜黄叶绿体全基因组的大小为160 478 bp，GC含量为36.3%，叶绿体全基因组由一个大小为88 008 bp 的LSC区，一个大小为18578 bp SSC区和两个大小为26946 bp IRS区四段组成。其中IRS的GC含量为40.6%，而LSC和SSC GC含量分别为33.9%和35.1%，即IRS的GC含量高于LSC和SSC的GC含量。本研究共成功地注释了132个基因，这其中包括79个蛋白质编码基因，30个tRNA基因，4个RNA基因。此外，该研究表明，在132个注释基因中共有19个内含子基因在反向重复区域。19个内含子基因中，除了含有两个内含子的ycf3和ClpP，几乎所有的这些内含子基因都是单一的内含子基因。其中最为特别的就是，rps12是一个反向剪接基因，其中5rsquo;末端的外显子位于LSC区，3rsquo;末端的外显子位于IR区。通过将东南亚地区的药用植物莪术Curcuma flaviflora完整的叶绿体(cp)基因组与从Genbank上下载的其他九种叶绿体基因组的比较，推断得出了C. flaviflora的系统发育关系（如图一所示）。

申报利益

这项工作得到了中国的国家自然科学基金会的支持（31270243号）。

外文文献出处：Mitochondrial DNA

参考文献：

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