麻葉繡線菊葉綠體微衛(wèi)星特征分析

摘要" 為研究麻葉繡線菊葉綠體基因組簡單重復(fù)序列（SSR）的特征，本研究基于GenBank數(shù)據(jù)庫中收錄的麻葉繡線菊葉綠體基因組序列，利用REPuter軟件和MISA軟件分析其葉綠體基因組特征、散在重復(fù)序列和葉綠體微衛(wèi)星（cpSSR）特征。結(jié)果表明，麻葉繡線菊的葉綠體全基因組序列長度為155 932 bp，是典型的四分體結(jié)構(gòu)；共識別出43個(gè)散在重復(fù)序列，其中回文重復(fù)最多，互補(bǔ)重復(fù)最少。其葉綠體全基因組序列上共識別出57個(gè)cpSSR位點(diǎn)，主要分布于大單拷貝區(qū)。cpSSR重復(fù)堿基組成有4種類型，分別為單堿基、二堿基、四堿基和五堿基，其中單堿基重復(fù)序列最多，有45個(gè)，占重復(fù)序列總數(shù)的78.95%；以五堿基最少，僅1個(gè)，占重復(fù)序列總數(shù)的1.75%。cpSSR長度區(qū)間為10～19 bp，其中10 bp長度最多，占比43.86%；麻葉繡線菊葉綠體cpSSR的拷貝數(shù)在3～19，其中以拷貝數(shù)為10的序列最多，有25個(gè)，占重復(fù)序列總數(shù)的43.86%。本試驗(yàn)探究了麻葉繡線菊葉綠體微衛(wèi)星的分布規(guī)律和特點(diǎn)，為繡線菊屬植物的物種鑒定、群體遺傳和系統(tǒng)發(fā)育研究提供參考。

關(guān)鍵詞" 麻葉繡線菊；葉綠體基因組；散在重復(fù)序列；微衛(wèi)星

中圖分類號" S-3"""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼" A"""""" 文章編號" 1007-7731（2025）01-0067-06

DOI號" 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.01.014

Characterization analysis of microsatellite in chloroplast of Spiraea cantoniensis Lour.

Abstract" To investigate the characteristics of simple repeat sequences （SSR） in the chloroplast genome of Spiraea cantoniensis Lour.， based on the chloroplast genome sequences of Spiraea cantoniensis Lour. collected from GenBank databases， the chloroplast genome characteristics， scattered repeat sequences， and chloroplast microsatellites（cpSSR） features were analyzed using REPuter and MISA software. The results showed that the complete chloroplast genome sequence was 155 932 bp， and it is a typical tetrad structure; 43 interspersed repeat sequences were identified， with the most palindromic repeats and the least complementary repeats. A total of 57 cpSSR loci were identified on the chloroplast genome sequence， mainly distributed in the LSC region. There were 4 types of cpSSR repeat base compositions， namely mononucleotide， dinucleotide， tetranucleotide， and pentanucleotide. Among them， mononucleotide repeat sequences were the most numerous with 45， which accounted for 78.95% of the total repeat sequences， and pentanucleotide repeat sequences had the least， only 1， which accounted for 1.75% of the total repeat sequences. The length range of cpSSR was 10-19 bp， with the highest length being 10 bp， accounting for 43.86%; the copy number of cpSSR motifs in the chloroplasts of Spiraea cantoniensis Lour. varied from 3 to 19， with the most sequences having a copy number of 10， with 25， accounting for 43.86% of the total repeats. This experiment investigated the distribution patterns and characteristics of chloroplast microsatellites of Spiraea cantoniensis Lour.， providing a reference for species identification， population genetics， and phylogenetic research of Spiraea.

Keywords" Spiraea cantoniensis Lour.; chloroplast genome; interspersed repeat sequences; microsatellite

繡線菊屬（Spiraea）是薔薇科（Rosaceae）繡線菊亞科（Spiraeoideae）落葉類型中的屬，在歐洲、亞洲和北美洲均有分布，我國主要分布于云南、甘肅、內(nèi)蒙古、陜西、四川和山東等地[1]。該屬植物具有耐寒、耐旱、適應(yīng)性強(qiáng)和易于引種栽培等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于園林綠化。在城市園林植物造景中，該屬植物可以栽植于水岸、石邊、山坡和草坪角隅，起到美化景觀、凈化空氣等作用；其花型雅致，葉型多樣，且葉色具有豐富的季相變化，可實(shí)現(xiàn)夏季賞花、秋季觀葉的景觀效果[2-3]。麻葉繡線菊（Spiraea cantoniensis Lour.）是繡線菊屬灌木，其高可達(dá)1.5 m，小枝細(xì)瘦，葉片菱狀披針形至菱狀長圓形；傘形花序，花瓣近圓形或倒卵形，白色，蓇葖果。該植物4—5月開花，7—9月結(jié)果[4]。花色鮮艷、葉型多樣且株型奇特，具有較高的觀賞價(jià)值；同時(shí)因其萌蘗性強(qiáng)且花期長，在園林綠化中常被用作綠籬，可形成花帶并起到阻隔作用。此外，麻葉繡線菊的根、葉和果實(shí)具有清熱、涼血、祛瘀和消腫止痛等功能，可用于治療跌打損傷、疥癬等，具有較高的藥用價(jià)值[5]。

微衛(wèi)星（Microsatellite）又稱簡單重復(fù)序列（Simple sequence repeats，SSR），是一種常用的以聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（Polymerase chain reaction，PCR）為基礎(chǔ)的DNA分子標(biāo)記技術(shù)，由1～6個(gè)重復(fù)核苷酸單元組成，其長度在200 bp以內(nèi)[6]。由于該標(biāo)記技術(shù)具有分辨率高、多態(tài)性高以及對DNA模板要求低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)分類、遺傳多樣性分析和種質(zhì)資源鑒定等研究[7]。葉綠體微衛(wèi)星又稱葉綠體SSR（cpSSR），除具有微衛(wèi)星標(biāo)記的優(yōu)點(diǎn)外，還兼有葉綠體基因組結(jié)構(gòu)簡單、單親遺傳等特點(diǎn)[8]。隨著數(shù)據(jù)庫中葉綠體基因組數(shù)據(jù)逐步增加，基于cpSSR分子標(biāo)記分析種群遺傳結(jié)構(gòu)的研究較多，如其在三七[Panax notoginseng （Burkill） F. H. Chen ex C. H. Chow][8]、甘薯[Dioscorea esculenta （Lour.） Burkill][9]、柑橘屬（Citrus）[10]、苦參（Sophora flavescens Aiton）[11]和山藥（Dioscorea polystachya Turcz.）[12]等植物研究中均有應(yīng)用。目前，對于麻葉繡線菊的研究大多集中在生理生化、組織培養(yǎng)和植物資源等方面，如楊建偉等[13]研究表明，麻葉繡線菊生長適宜的土壤水分為田間最大持水量的75%，其凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率在輕度干旱脅迫下較高。劉正蘭等[14]闡述了繡線菊植物組織培養(yǎng)技術(shù)流程，可在短期內(nèi)得到大量試管苗。吳小剛[15]對福建省薔薇科（木本植物）22屬148種進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)薔薇科植物以灌木為主，喬木、抗性樹種較少；在園林綠化方面，常以樹林、建筑墻角和山石等景物為背景進(jìn)行成片綠化。該植物分子水平上的研究相對較少。本研究從GenBank數(shù)據(jù)庫中下載了麻葉繡線菊的葉綠體基因組序列數(shù)據(jù)和注釋文件，根據(jù)其序列對葉綠體基因組特征、散在重復(fù)序列分布，以及微衛(wèi)星數(shù)量、組成和分布特點(diǎn)進(jìn)行分析，為該屬植物物種的品種鑒定、種質(zhì)遺傳多樣性分析及序列引物設(shè)計(jì)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

從GenBank數(shù)據(jù)庫下載麻葉繡線菊的葉綠體基因組完整序列數(shù)據(jù)和注釋文件（GenBank登錄號：OR513068），分別以fasta和gb格式保存。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 葉綠體基因組的基因構(gòu)成分析 將獲得的葉綠體完整序列數(shù)據(jù)進(jìn)行組裝、注釋后繪制出葉綠體基因組的基本特征。

1.2.2 葉綠體基因組散在重復(fù)序列分析 利用在線工具REPuter（https：//bibiserv.cebitec.uni-bielefeld.de/reputer）[16]查找麻葉繡線菊中的散在重復(fù)序列，包括正向重復(fù)（Forward repeats，F(xiàn)）、反向重復(fù)（Reverse repeats，R）、互補(bǔ)重復(fù)（Complement repeats，C）和回文重復(fù)（Palindromic repeats，P）4種[17]。

1.2.3 葉綠體微衛(wèi)星分析 使用MISA（https：//webblast.ipk-gatersleben.de/misa/index.php？action=1）對麻葉繡線菊cpSSR進(jìn)行識別和定位，設(shè)置參數(shù)：單堿基重復(fù)10次以上，二堿基重復(fù)5次以上，三堿基重復(fù)4次以上，四堿基、五堿基以及六堿基重復(fù)3次以上。統(tǒng)計(jì)cpSSR分布區(qū)域；基于cpSSR堿基類型，分別統(tǒng)計(jì)不同重復(fù)類型的微衛(wèi)星長度和個(gè)數(shù)，并計(jì)算其數(shù)量、比例和豐度等信息。

2 結(jié)果與分析

2.1 麻葉繡線菊葉綠體基因組特征

麻葉繡線菊葉綠體基因組基本特征如表1所示。其序列長度155 932 bp，是葉綠體基因組典型的四分體結(jié)構(gòu)，即1個(gè)大單拷貝區(qū)（Large single copy，LSC）、1個(gè)小單拷貝區(qū)（Small single copy，SSC）和2個(gè)長度相同、方向相反的反向重復(fù)區(qū)（Inverted repeats，IR）。其中，LSC區(qū)長度84 363 bp，SSC區(qū)長度18 883 bp，兩個(gè)IR區(qū)長度均為26 343 bp。查看注釋文件可知，該序列共有132個(gè)基因，包括84個(gè)mRNA基因、37個(gè)tRNA 基因、8個(gè)rRNA基因和3個(gè)假基因。

2.2 麻葉繡線菊葉綠體基因組散在重復(fù)序列分布

麻葉繡線菊葉綠體基因組散在重復(fù)序列如表2所示。基于REPuter程序，檢測到麻葉繡線菊的葉綠體基因組共有43個(gè)散在重復(fù)序列，其中正向重復(fù)（F）14個(gè)，反向重復(fù)（R）4個(gè)，互補(bǔ)重復(fù)（C）1個(gè)，回文重復(fù)（P）24個(gè)，占比分別為32.6％、9.3%、2.3%和55.8％。其中30 bp的序列最多，為12個(gè)，且4種類型的重復(fù)在該長度中均有分布；其次為31、33和34 bp的序列大小，均有5個(gè)，32 bp有4個(gè)，其余大小的重復(fù)序列均有1～2個(gè)（圖1）。

2.3 麻葉繡線菊cpSSR特征

2.3.1 cpSSR位點(diǎn)分布 麻葉繡線菊葉綠體微衛(wèi)星分布特征如表3所示。使用MISA在線軟件在麻葉繡線菊葉綠體基因組中共識別出57個(gè)cpSSR位點(diǎn)（不含復(fù)合位點(diǎn)），總長662 bp，占總基因組大小的0.42％。cpSSR分布在基因組292～139 898 bp，平均每2 449 bp出現(xiàn)1個(gè)cpSSR位點(diǎn)。結(jié)果顯示，麻葉繡線菊中，cpSSR在LSC區(qū)分布最多，其次分布在SSC區(qū)，在IR區(qū)分布最少。LSC區(qū)中，基因間隔區(qū)分布最多，其次分別為外顯子區(qū)和內(nèi)含子區(qū)。SSC區(qū)和IR區(qū)中，cpSSR均分布在外顯子區(qū)。

2.3.2 cpSSR重復(fù)堿基組成與豐度 麻葉繡線菊cpSSR重復(fù)堿基組成及豐度等信息如表4所示。堿基組成分析結(jié)果表明，單堿基重復(fù)基序最多，共45個(gè)，占cpSSR總量的78.95％，主要為A/T重復(fù)，共44個(gè)（97.78%），C/G重復(fù)1個(gè)（2.22％）。其次為四堿基，有6個(gè)，占cpSSR總量的10.53％，其中AATA/TATT和TTTA/TAAA在該類型重復(fù)中數(shù)量最多，分別有2個(gè)（33.33％）。再次為二堿基，有5個(gè)，占cpSSR總量的8.77％，為AT/TA和TA/TA重復(fù)。最后為五堿基，有1個(gè)，占cpSSR總量的1.75％，為CAATT/AATTG重復(fù)。未發(fā)現(xiàn)三堿基、六堿基及以上堿基重復(fù)基序。所有類型的cpSSR重復(fù)中，單堿基豐度最高，為282.17個(gè)/Mb；最低為單堿基中的C/G、四堿基中的AAAT/ATTT、ATAA/TTAT和五堿基中的CAATT/AATTG，豐度均為6.41個(gè)/Mb。

2.3.3 cpSSR長度分布 麻葉繡線菊不同類型的cpSSR長度如圖2所示，其平均長度12 bp，最長為19 bp，最短為10 bp，其中長度10 bp的cpSSR數(shù)量最多，有25個(gè)（43.86％），其次為12 bp，有12個(gè)（21.05％），最少為14、16和19 bp，各有1個(gè)（1.75％）。

2.3.4 cpSSR基序拷貝數(shù)分布 不同類型重復(fù)序列的基序拷貝數(shù)分布如圖3所示。麻葉繡線菊cpSSR基序的拷貝數(shù)在3～19，不同重復(fù)類型的基序拷貝數(shù)有較大差異。總體來說，基序越長，則拷貝數(shù)越少。單堿基重復(fù)序列的拷貝數(shù)分布范圍較廣，在10～19，拷貝數(shù)為10的重復(fù)序列最多，有25個(gè)，占重復(fù)序列總數(shù)的43.86％。其中A重復(fù)7個(gè)，T重復(fù)12個(gè)，G重復(fù)1個(gè)；拷貝數(shù)為14、16和19的序列最少，拷貝數(shù)為14的序列僅有1個(gè)T重復(fù)（1.75％），拷貝數(shù)為16的序列僅有1個(gè)TTTA重復(fù)（1.75％），拷貝數(shù)為19的序列僅有1個(gè)T重復(fù)（1.75％）。

3 結(jié)論與討論

本研究使用REPuter在線程序共檢測出麻葉繡線菊葉綠體基因組中有43個(gè)散在重復(fù)序列，其中回文重復(fù)最多，正向重復(fù)、反向重復(fù)次之，互補(bǔ)重復(fù)最少。該分布趨勢與同屬大部分植物相似，如歐亞繡線菊（Spiraea media Schmidt）、土莊繡線菊（Spiraea ouensanensis H. Lév.）[18]、繡球繡線菊（Spiraea blumei G. Don）、三裂繡線菊（Spiraea trilobata L.）、漸尖葉粉花繡線菊（Spiraea japonica var. acuminata Franch.）、珍珠繡線菊（Spiraea thunbergii Siebold ex Blume）和菱葉繡線菊[Spiraea × vanhouttei （Briot） Carrière][19]等。但在同亞科植物紫葉風(fēng)箱果（Physocarpus opulifolius ‘Purpurea’）中，其數(shù)量分布趨勢為正向gt;回文gt;反向gt;互補(bǔ)[20]。

使用MISA軟件在總長155 932 bp的麻葉繡線菊葉綠體基因組中檢測出57個(gè)cpSSR。相對于同屬其他植物，麻葉繡線菊cpSSR總數(shù)較少。原因除物種差異外，可能與查找SSR數(shù)量的參數(shù)設(shè)置有關(guān)，如土莊繡線菊中SSR搜索的數(shù)量幅度較寬[18]，會(huì)影響搜索數(shù)量。石汝杰等[21]研究表明，AT含量與基因組中微衛(wèi)星的分布有關(guān)。

麻葉繡線菊cpSSR分布中，主要以單堿基為主，其中以A/T基序最多，本研究中出現(xiàn)的二、四和五堿基重復(fù)類型中也以基序A和T最多，C和G重復(fù)較少。Borsch等[22]和趙祺等[23]研究表明，與CG相比，AT只有2個(gè)氫鍵連接，更易斷裂，在復(fù)制過程中可能出現(xiàn)重組、滑脫等不穩(wěn)定現(xiàn)象，這些現(xiàn)象一定程度上增加了微衛(wèi)星形成的概率。同時(shí)CG的甲基化現(xiàn)象也使GC重復(fù)的概率降低[24]。豐富的AT重復(fù)在較多物種中大量存在，如紫葉風(fēng)箱果[20]、蕨麻[Argentina anserina （L.） Rydb.][25]、蒙古韭（Allium mongolicum Regel）[26]和蝴蝶蘭（Phalaenopsis aphrodite Rchb. f.）[27]等。

cpSSR的序列長度對其多態(tài)性有一定的影響。麻葉繡線菊cpSSR平均長度12 bp，長度為10 bp的重復(fù)序列數(shù)最多，其次是12 bp，二者共有37個(gè)，占比64.91％。長度大于15 bp的有2個(gè)，占比3.51％，說明長度越長，豐度越低。這可能與該物種進(jìn)化過程中的選擇壓力有關(guān)[24，28]。

葉綠體基因組中的微衛(wèi)星具有穩(wěn)定、分子量小的優(yōu)點(diǎn)，且在種內(nèi)、種間水平均具有高度多態(tài)性。因此，常被廣泛應(yīng)用于群體中的遺傳學(xué)和進(jìn)化生物學(xué)研究。高通量測序技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，極大簡化了SSR引物開發(fā)工作的流程，減少了工作量。

綜上，本研究對麻葉繡線菊葉綠體基因組特征、散在重復(fù)序列和葉綠體微衛(wèi)星（cpSSR）序列特征進(jìn)行分析，結(jié)果表明，麻葉繡線菊的葉綠體全基因組序列長度為155 932 bp，是典型的四分體結(jié)構(gòu)；全基因組序列有43個(gè)散在重復(fù)序列，其中回文重復(fù)最多；在其葉綠體全基因組序列上識別出57個(gè)cpSSR位點(diǎn)，主要分布于大單拷貝區(qū)。cpSSR重復(fù)序列共有4種類型，分別為單堿基、二堿基、四堿基和五堿基，其中單堿基重復(fù)序列最多，為45個(gè)，占重復(fù)序列總數(shù)的78.95％。cpSSR長度在10～19 bp，其中10 bp最多，占cpSSR總數(shù)的43.86％；麻葉繡線菊cpSSR基序的拷貝數(shù)在3～19，其中以拷貝數(shù)為10的重復(fù)序列最多，有25個(gè)，占所有重復(fù)序列的43.86％。研究結(jié)果為微衛(wèi)星引物開發(fā)、分子育種、系統(tǒng)發(fā)育及種質(zhì)資源利用等研究提供參考。

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