英文标题：Unraveling the mitochondrial genome of Quercus litseoides: a step towards conservation of an endangered species

发表期刊：Frontiers in Plant Science （IF=4.8）

发表时间：2025.8

2025年8月，上海师范大学生命科学学院戴锡玲教授和上海辰山植物园宋以刚教授团队在国际植物科学领域权威学术期刊《Frontiers in Plant Science》上发表了题为“Unraveling the mitochondrial genome of Quercus litseoides: a step towards conservation of an endangered species”的研究论文。该研究首次组装了木姜叶青冈的线粒体基因组，填补了栎属青冈组线粒体基因组资源的空白，为栎属青冈组植物的进化及资源保护提供了重要的理论支持。

贝纳基因参与了该项目木姜叶青冈线粒体基因组的测序和分析工作。

研究背景

木姜叶青冈（Quercus litseoides）是壳斗科（Fagaceae）栎属（Quercus）Cerris亚属青冈栎组（Cyclobalanopsis）的物种，是中国南方特有的常绿灌木。由于木姜叶青冈扩散能力有限，且依赖特殊的生长环境，国际自然保护联盟已将其列为濒危物种。线粒体基因组的研究对植物进化和分类学的研究至关重要，目前尚未有木姜叶青冈线粒体基因组的研究。本研究旨在通过长读长测序技术组装木姜叶青冈的线粒体基因组，为栎属青冈栎组植物的进化及木姜叶青冈的保护提供理论支持。

研究结果

1. 木姜叶青冈线粒体基因组特征

木姜叶青冈线粒体基因组由多部分组成，包括2个环形分子和1个线性分子，总长度为516686bp，GC含量为45.67%。环形分子1，2和线性分子3的长度分别为337926bp，111038bp，67722bp，GC含量分别为45.91%，45.06%和45.44%，三个分子结构连续。

图1 木姜叶青冈线粒体基因组的分支拓扑结构

图2 木姜叶青冈线粒体基因组图谱

木姜叶青冈线粒体基因组中共注释到38个蛋白编码基因（PCGs，包括25个核心基因和13个非核心基因），23个tRNAs基因，3个rRNAs基因。

表1 木姜叶青冈线粒体基因组基因组成

2. 线粒体基因组重复序列分析

本研究在木姜叶青冈线粒体基因组的3个分子中分别鉴定到112，34和17个简单重复序列（SSRs），四聚体重复是最主要的重复类型，占所有SSRs的41.1%，大部分SSRs由腺嘌呤和胸腺嘧啶碱基对组成。除此以外，本研究还检测到15个串联重复，散在重复序列仅检测到回文重复序列（存在于分子1和3，分别为17和3对）和正向重复序列（存在于分子2，数量为11对）。

图3 木姜叶青冈线粒体基因组重复序列

3. 密码子使用分析

本研究对木姜叶青冈线粒体基因组中筛选的28个PCGs进行了密码子使用偏好性分析，结果表明有29个密码子RSCU值>1，其中GCU（Ala），UAU（Tyr）和CAU（His）三个密码子的使用频率最高。大多数氨基酸的首选密码子以尿嘧啶结尾，这在某种程度上反映出木姜叶青冈线粒体tRNA的丰度或者突变偏好。

图4 木姜叶青冈线粒体基因组密码子偏好分析

4. RNA编辑预测

本研究在木姜叶青冈线粒体基因组36个PCGs中共鉴定到494个RNA编辑位点（C-to-U），nad4基因的编辑位点最多，共42个，而atp1基因仅有2个。所有的编辑位点中，464个引起了非同义氨基酸改变，其中丝氨酸到亮氨酸以及脯氨酸到亮氨酸的转变最为常见。

图5 木姜叶青冈线粒体基因组RNA编辑

5. 细胞器基因转移

本研究在木姜叶青冈线粒体基因组中共鉴定出15个与叶绿体基因组同源的片段，并将这些由叶绿体转移至线粒体的序列定义为MTPTs。这些同源片段总长度为6183bp，约占线粒体基因组大小的1.2%，在这些MTPTs上共注释到2个PCGs，10个tRNA基因，1个rRNA基因。这些结果表明，木姜叶青冈细胞器之间存在广泛的基因转移，而大多数转移序列为tRNA基因则说明这些MTPTs在线粒体基因组中可能存在功能性保留。

图6 木姜叶青冈细胞器间的基因转移

6. 共线性分析

本研究对壳斗科12个物种线粒体基因组进行了共线性分析，结果表明，木姜叶青冈与其近缘物种线粒体基因组之间存在多个同源共线性区域，但是这些同源序列的长度相对较短，因此其线粒体基因组之间的结构保守性有限，而木姜叶青冈线粒体基因组大部分序列与其它物种缺乏同源性则表明该物种线粒体基因组与近缘物种相比存在广泛的基因重排。

图7 木姜叶青冈与近缘物种线粒体基因组共线性

7. 系统进化分析

本研究基于线粒体基因组和叶绿体基因组分别对8个栎属物种构建了进化树，结果显示两个进化树呈现出相似的拓扑结构，且都有较高的bootstrap值，只有3个物种在两个进化树中的位置不同，其余物种进化位置均相同。两个进化树中，木姜叶青冈均与栎树遗传关系最近。系统发育分析揭示了栎属物种线粒体和叶绿体基因组之间存在一致，也存在不同的进化信号。

图8 栎属植物的最大似然系统发育树

研究结论

本研究首次成功组装了木姜叶青冈完整的线粒体基因组，填补了青冈栎组（Cyclobalanopsis）基因组数据研究的空白，不仅丰富了壳斗科的基因组资源，也为未来在种群水平上开展研究提供了宝贵的参考。另外，本研究所鉴定的重复序列、RNA编辑位点和细胞器转移基因为评估木姜叶青冈的遗传多样性、种群结构和潜在的局部适应性提供了候选标记。这些基因组特征不仅增进了我们对壳斗科植物线粒体基因组进化的理解，还为支持这一濒危物种的保护规划提供了实用的分子工具。

参考文献：

Shen R H, Li Y, Yang L H, et al. Unraveling the mitochondrial genome of Quercus litseoides: a step towards conservation of an endangered species[J]. Frontiers in Plant Science, 2025, 16: 1620373.