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武漢植物園在金豆的葉綠體全基因組解析取得新研究進展

  金豆(Fortunella venosa (Champ. ex Benth.) C.C.Huang)是蕓香科中一種多年生常綠灌木。此物種為我國特有,分布區域與金柑(中國植物志:Fortunella hindsii (Champ. ex Hook.) Swingle)略有重疊,且范圍狹窄,主要分布在福建南平和江西永豐等地,近期在湖南寧遠、茶陵和桂東等地也有發現。由于氣候變化和人類活動影響等原因,該種在野外存在數量已經大幅度減少,因此作為瀕危物種被列入《中國物種紅色名錄(紅色名錄第1卷)》。此外,該種在分類學和系統學上的地位素有爭議。在英文版中國植物志(Flora of China)中,金橘屬(中國植物志:Fortunella Swingle)被并入柑橘屬(Citrus L.),原金橘屬中包括金豆在內的幾個物種都被處理為金柑(Flora of ChinaCitrus japonica Thunb.)的同物異名。 

  湖南師范大學生命科學學院的研究人員與中國科學院武漢植物園東非植物區系與分類學科組合作,對采自湖南株洲地區金豆的葉綠體全基因組進行了測序和分析,并與金柑進行了分子和形態上的比較分析。 

  金豆的葉綠體基因組大小為160,265 bp,具典型的被子植物環狀四分體結構,包括一個大單拷貝區(LSC)(87,597 bp)、一個小單拷貝區(SSC)(18,732 bp)和一對反向重復區(IRa\IRb)(每個26,968 bp)。葉綠體基因組中有134個預測基因,包括89個蛋白質編碼基因、8個rRNA和37個tRNA(圖1.)。 

  基于葉綠體基因組序列數據的系統發育分析結果(圖2和圖3)表明,金橘屬與金柑屬親緣關系密切,但不支持金豆與金柑的合并,它們應當處理為兩個不同的物種,金豆獨立成種的地位得到強烈支持,其與金柑在形態(生活型、葉型、果實大小等)上存在顯著差異。金豆為小灌木,通常高不超過1米(最矮的成熟植株高僅0.28米);葉為單葉(葉柄與葉片接合處無關節);葉小,長2–4(7)厘米,寬1–2厘米,基部楔形;葉柄短,長1–3(5)毫米;花單生葉腋,花瓣3–5毫米長;子房2–3室;果球形或橢圓形,直徑6–8毫米,成熟時橙紅色。而金柑為小喬木或喬木,高2–8.5米,主莖細長;葉為單身復葉(葉柄和葉片接合處具關節);葉較大,長4–9厘米,寬1.5–3.5厘米,基部寬楔形;葉柄明顯較長,長6–10(15) 毫米;花單生或2–3朵簇生葉腋,花瓣長6–8毫米;子房4–6室;果實較大,呈球形,直徑1.5–2.5厘米,熟后呈橙黃色至橙紅色(圖4)。 

  本研究以“Complete Chloroplast Genome Sequence of Fortunella venosa (Champ. ex Benth.) C.C.Huang (Rutaceae): Comparative Analysis, Phylogenetic Relationships, and Robust Support for Its Status as an Independent Specie”為題發表在國際林學期刊Forests上。本研究得到了國家科技基礎資源調查專項(2019FY101800)、湖南省林木種質資源調查項目(湘才農志(2015)91)和中國科學院國際合作項目(151853KYSB20190027)等項目的支持。湖南師范大學生命科學學院的碩士研究生王婷為本文的第一作者,胡光萬研究員及蔡秀珍博士為通訊作者。 

圖1:金豆(Fortunella venosa (Champ. ex Benth.) C.C.Huang)葉綠體基因組基因圖譜。 

圖2: 27種蕓香科植物的CDS系統發育樹 

圖3:基于葉綠體全基因組序列的27種蕓香科植物BI系統發育樹 

圖4:金柑和金豆的主要形態結構比較 A金柑 B金豆 1.植株及生境 2.枝條 3.葉 4.花 5.果枝 6.果實及果實橫切

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