鼠李科（Rhamnaceae）是一個廣泛分布于世界各地的被子植物科，包含約55個屬和950個物種。諸如棗屬（Ziziphus）、鼠李屬（Rhamnus）和雀梅藤屬（Sageretia）等鼠李科植物與人們的生活存在很大關聯(lián)，在食品、藥用和觀賞等方面均有一定的應用價值。2022年初，海洋科學與生物工程學院王碩教授團隊在植物學國際頂級期刊Nature Plants發(fā)表封面論文《一億年前琥珀中發(fā)現(xiàn)起源于南非的適火性鼠李科植物》，這一研究將被子植物起源與快速進化的研究重點轉(zhuǎn)移到了鼠李科植物上。然而，以往由于采樣不足、缺乏足夠的信息位點及有限的基因組信息，鼠李科葉綠體基因組的進化和系統(tǒng)發(fā)育關系仍然缺乏深入的解析。
為探討鼠李科植物的葉綠體基因組的進化和系統(tǒng)發(fā)育關系，海洋科學與生物工程學院王碩教授團隊對金鵝絨菲利卡（Phylica pubescens）等鼠李科植物的葉綠體全基因組進行了高通量測序、組裝和注釋，并進行了代表性鼠李科植物的葉綠體基因組比較進化分析。研究結果顯示，盡管鼠李科植物因歷經(jīng)變遷而遍布全球，但其葉綠體基因組卻呈現(xiàn)出較高的保守性，具有典型的環(huán)狀四分體結構，大小介于159,884 bp到162,962 bp之間。infA等基因的缺失并未影響鼠李科葉綠體的功能。選擇壓力分析揭示，rpl32等基因經(jīng)歷了正向選擇，有助于增強對環(huán)境的適應性。密碼子使用模式分析表明，鼠李科葉綠體基因組偏好使用以A/U結尾的密碼子。此外，研究還鑒定了鼠李科葉綠體基因組的簡單重復序列和長重復序列，確定了15個高度可變區(qū)域，為未來的分子標記以及相關的遺傳學和基因組學研究提供重要參考。
在充分審視前人研究的基礎上，研究基于目前數(shù)量最多的葉綠體全基因組序列進一步探究了鼠李科的系統(tǒng)發(fā)育關系。系統(tǒng)發(fā)育分析結果得到了極高的支持率，支持前人基于形態(tài)和分子數(shù)據(jù)將鼠李科分為蔓棗分支、棗分支和鼠李分支的分類結果，并提出將長葉凍綠（Rhamnus crenata）歸入裸芽鼠李屬（Frangula）的建議。這些結果為理解鼠李科的系統(tǒng)發(fā)育關系提供了葉綠體全基因組層面的全新視角，同時也為科學合理地利用和保護鼠李科植物資源提供了堅實的科學依據(jù)。
相關成果以“Uncovering the first complete chloroplast genomics, comparative analysis, and phylogenetic relationships of the medicinal plantsRhamnus catharticaandFrangula alnus(Rhamnaceae)”和“Exploring the chloroplast genomics, comparative analysis, evolution, and phylogenetic relationships ofPhylica pubescens(Rhamnaceae) in the Cape Flora”為題分別發(fā)表在國際生物學期刊Physiology and Molecular Biology of Plants（doi.org/10.1007/s12298-023-01331-7）和South African Journal of Botany（doi.org/10.1016/j.sajb.2023.11.051）上。青島科技大學海洋科學與生物工程學院2021級碩士研究生石文博為第一作者，施超教授和王碩教授為通訊作者，青島科技大學為第一通訊單位。
研究工作得到了國家自然科學基金（32370244）、泰山學者青年專家項目（tsqn202306214）、山東省自然科學基金（ZR2023MC157）和現(xiàn)代古生物學和地層學國家重點實驗室開放課題（223123）的支持。
基于葉綠體全基因組構建鼠李科系統(tǒng)發(fā)育樹
