姜属植物中的首个线粒体基因组：姜（Zingiber officinale）的结构与进化特征研究

《Genomics》：The first mitochondrial genome in Zingiber: Structural and evolutionary characterization of ginger (Zingiber officinale)

　　

Hui Shen|Wen Liu|Lilian Zhao|Yanfang Guo|Yuanheng Li|Ting Wu|Shu Han

云南省蔬菜生物学重点实验室，云南农业大学景观与园艺学院，中国昆明盘龙区凤源路452号，650201

摘要

姜属（Zingiber）具有重要的经济和药用价值，但其线粒体基因组（mitogenome）至今尚未被完全研究。本文首次完成了姜（Zingiber officinale）的线粒体基因组组装，采用了混合测序（Illumina和PacBio）技术。该基因组具有复杂的、多分支的结构，总长度为8,977,507 bp，GC含量为45.27%。其中包含40个蛋白质编码基因（PCGs）、31个tRNA和3个rRNA。我们发现了大量的重复序列，包括2,954个SSR和54,887个分散重复序列，这些重复序列推动了基因组的扩张；同时也有广泛的细胞内DNA转移证据，有273个质体来源的片段整合到了线粒体基因组中。密码子使用分析显示，A/U结尾的同义密码子使用频率显著偏高。重要的是，Deepred-Mt预测的广泛C-to-U RNA编辑位点通过Sanger测序得到了实验验证，证实了这些编辑位点在维持呼吸链基因疏水性方面起着关键作用。比较分析揭示了显著的进化差异：与相关的Curcuma物种相比，姜属的核苷酸替换率高度保守，但结构重排极为显著；系统发育重建强烈支持Z. officinale与Curcuma支系之间的姐妹关系。本研究为进一步研究Z. officinale的细胞质遗传、基因组巨化现象、分子育种以及线粒体基因组变异与关键农艺或药用性状之间的联系提供了基础基因组资源。