Полные геномы хлоропластов проясняют филогенетическое положение шести видов Polygonatum

Род Купена (Polygonatum) высоко ценится за лекарственные свойства своих горизонтальных ползучих мясистых корневищ. Предыдущие исследования в основном фокусировались на размере и генном составе пластидного генома, при этом сравнительному геномному анализу уделялось недостаточно внимания. Кроме того, полные данные генома хлоропластов некоторых видов не были опубликованы, поэтому их филогенетическое положение оставалось плохо изученным.

Исследовательская группа под руководством профессора Ху Гуанвана из Уханьского ботанического сада Китайской академии наук впервые сообщила о полном геноме хлоропласта P. campanulatum, а затем провела сравнительный и филогенетический анализ полных геномов хлоропластов шести видов Polygonatum.

Геном хлоропласта показал типичную четверную структуру, с длиной от 154 564 до 156 028 п.н. у исследованных видов Polygonatum. У каждого из видов было обнаружено по 113 уникальных генов. Сравнительный анализ выявил, что размер генома, содержание генов, порядок генов и содержание гуанин-цитозина (GC-состав) сохраняют высокое сходство в геномах хлоропластов Polygonatum и Heteropolygonatum.

У всех видов не наблюдалось значительного сокращения или расширения границ инвертированных повторов (IR), за исключением P. sibiricum1, у которого ген rps19 оказался псевдогеном из-за неполной дупликации. В каждом геноме было обнаружено множество длинных диспергированных повторов и простых тандемных повторов (SSR).

Были обнаружены пять высоковариабельных регионов, которые могут служить потенциальными специфичными ДНК-баркодами. Также было выявлено 14 генов, находящихся под действием положительного отбора, и идентифицировано большое количество повторяющихся последовательностей.

Для филогенетического анализа были использованы 62 последовательности хлоропластов Polygonatum и родственных видов. Результаты показали, что род Polygonatum можно разделить на два значимых клада: секцию Verticillata и клад, объединяющий секции Sibirica и Polygonatum.

Кроме того, с высокой степенью поддержки было установлено, что P. campanulatum и P. tessellatum + P. oppositifolium являются сестринскими видами и относятся к секции Verticillata. Это говорит о том, что расположение листьев, по-видимому, не является подходящей основой для разграничения подродовых групп в роде Polygonatum.

Также P. franchetii оказался сестринским видом по отношению к P. stenophyllum в пределах секции Verticillata.

Это исследование предоставляет дополнительную информацию о геномах хлоропластов рода Polygonatum и способствует улучшению идентификации видов и филогенетических исследований в дальнейшей работе.

Статья опубликована в журнале Scientific Reports.