英文标题：Assembly and phylogenetic analysis of the complete mitochondrial genome of a widely planted hybrid eucalypt (Eucalyptus urophylla × E. grandis)

发表期刊：Journal of Forestry Research （IF=4.6）

发表时间：2025.5

2025年5月，北京林业大学生物科学与技术学院杨珺教授团队在《Journal of Forestry Research》杂志发表了题为“Assembly and phylogenetic analysis of the complete mitochondrial genome of a widely planted hybrid eucalypt (Eucalyptus urophylla × E. grandis)”的研究论文。该研究成功组装注释了杂交桉树（Eucalyptus urophylla × E. grandis）的线粒体基因组，并对该物种及其近缘的30个物种进行了系统发育分析，提供了宝贵的桉树细胞器遗传资源。

贝纳基因参与了该项目杂交桉树线粒体基因组测序和分析工作。

研究背景

桉树是桃金娘科桉树属的物种，具有重要的经济和工业价值。杂交育种可以提高桉树的木材产量、纸浆得率等，还可以选育抗寒、抗风、抗病等优良性状，而Eucalyptus urophylla × E. grandis杂交桉树在木材产量和直立树形方面表现突出，同时具有抗病性强、适应性广等特点。研究该物种的线粒体基因组有助于我们了解这些优良性状的遗传基础，为可持续的杂交育种提供理论支持。

研究结果

1. Eucalyptus urophylla × E. grandis杂交桉树线粒体基因组的遗传学特征

本研究使用Illumina测序数据进行Eucalyptus urophylla × E. grandis杂交桉树线粒体基因组（mtDNA）草图的组装，然后通过ONT测序数据组装重复序列，在手动剔除了来源于核基因组和叶绿体基因组的DNA片段后得到了完整组装的mtDNA（NCBI登录号：PP712904）。Eucalyptus urophylla × E. grandis杂交桉树mtDNA为环形分子，总长度483907bp，GC含量44.96%，共注释到38个特有蛋白编码基因（PCGs，其中核心基因24个，可变基因14个），18个tRNA基因，3个rRNA基因。

图1 Eucalyptus urophylla × E. grandis杂交桉树线粒体基因组

表1 Eucalyptus urophylla × E. grandis杂交桉树线粒体基因组基因组成

2. 特有PCGs密码子使用偏好性及RNA编辑位点预测

本研究对Eucalyptus urophylla × E. grandis杂交桉树mtDNA的38个特有PCGs进行了密码子使用偏好性分析，RSCU值>1表示特定的氨基酸对密码子有使用偏好性，RSCU值=1表示没有偏好性。结果表明，所有PCGs都表现出相同的密码子使用偏好，其它桃金娘目物种的PCGs也表现出与本物种相同的密码子使用偏好性。除此以外，本研究在37个PCGs上预测到了502个RNA编辑位点，所有鉴定到的编辑事件都是发生了C到U的转换，不同基因上RNA编辑位点的数量不同，某些编辑事件引起编码氨基酸发生变化。

图2 Eucalyptus urophylla × E. grandis杂交桉树线粒体基因组同义密码子使用率

图3 Eucalyptus urophylla × E. grandis杂交桉树线粒体基因RNA编辑位点数量

3. Eucalyptus urophylla × E. grandis杂交桉树重复序列分析

本研究在Eucalyptus urophylla × E. grandis杂交桉树mtDNA中共鉴定到191个简单重复序列（SSRs）标记，其中单体和二聚体SSRs占50%以上，单体SSRs中胸腺嘧啶和腺嘌呤重复的占比最高，二聚体SSRs中TA重复的占比最高。除此以外，该物种mtDNA中还含有16个串联重复序列和433对散在重复序列。

图4 Eucalyptus urophylla × E. grandis杂交桉树线粒体基因组重复序列

4. 胞内序列转移以及不同基因组间的共线性
作者对Eucalyptus urophylla × E. grandis杂交桉树叶绿体基因组（cpDNA）也进行了组装，组装得到的cpDNA总长度为160201bp，包含118个功能基因。序列相似性分析结果表明，本物种mtDNA和cpDNA之间有32个片段具有同源性，总长度为40703bp，占mtDNA总长度的8.44%，这些同源序列中共包含18个完整的基因（4个PCGs，10个tRNAs基因，4个rRNAs基因）。与其它物种同源序列的共线性分析结果表明，Eucalyptus urophylla × E. grandis杂交桉树mtDNA与近缘物种共线性高，基因组重排少，与远缘物种共线性低。

图5 Eucalyptus urophylla × E. grandis杂交桉树mtDNA和cpDNA之间的序列转移

图6 Eucalyptus urophylla × E. grandis杂交桉树与其它物种同源序列的共线性分析

5. 系统进化分析

本研究基于14个Eucalyptus urophylla × E. grandis杂交桉树特有PCGs对被子植物5个目的30个物种构建了系统发育树，分析结果表明，Eucalyptus urophylla × E. grandis杂交桉树属于桃金娘目桃金娘科物种，与大桉（E. grandis）表现出密切的系统发育关系。基于mtDNA序列的系统发育拓扑结构与被子植物系统发育组（APG）的分类结果一致。

图7 被子植物5目30种的PCGs系统发育树

研究结论

本研究组装得到了Eucalyptus urophylla × E. grandis杂交桉树的高质量的线粒体基因组，并通过分析密码子使用偏好性、RNA编辑位点、重复序列、胞内序列转移和系统发育关系阐明了Eucalyptus urophylla × E. grandis杂交桉树线粒体基因组的进化动态，为Eucalyptus urophylla × E. grandis杂交桉树细胞器基因组的进化轨迹提供了新的见解。

参考文献：

Li C, Wang J, Fan C, et al. Assembly and phylogenetic analysis of the complete mitochondrial genome of a widely planted hybrid eucalypt (Eucalyptus urophylla× E. grandis)[J]. Journal of Forestry Research, 2025, 36(1): 67.