入侵物种紫茎泽兰的叶绿体全基因组分析研究背景•紫茎泽兰是危害最大的入侵物种之一，在世界范围内造成了严重的经济损失和环境破坏。然而，关于紫茎泽兰的序列资源和基因组信息却十分有限，使得其系统发育的鉴定以及进化方面的研究难以进行。这里我们报道了基于Illumina测序获得的紫茎泽兰完整叶绿体基因组。研究背景•叶绿体被认为是起源于蓝细菌的内共生作用，是植物所特有的细胞器，能进行光合作用来为植物和藻类提供必要的能量。它们有着自己的遗传复制机制，能对自己的基因组进行转录并进行母系遗传。在高等植物中，叶绿体基因组是一个大小在120到160bp的双链环状DNA分子。通常，陆生植物的叶绿体基因组在基因顺序、基因内容以及基因组组织方式上都是高度保守的。叶绿体基因组高度保守的特性以及低的进化速率说明它能较为统一地进行不同物种的比较性研究，但是在捕捉进化史上的事件时又具能产生有效的分歧，这使得其成为分子系统发育学以及分子生态学研究的合适且不可多得的工具。研究背景•紫茎泽兰是一种多年生草本植物，属于菊科（泽兰族）。它原产于中美洲，在墨西哥至哥斯达黎加均有分布，在十九世纪被作为观赏植物引进至欧洲，澳大利亚以及亚洲。紫茎泽兰能抑制那些本土植物生长，还能毒害动物。•它最初是于二十世纪四十年代从缅甸入侵中国云南省，随后迅速地传播至中国南部及西南各省，包括贵州、广西、四川及重庆。如今它已经成为了当地环境中的优势种，影响了当地的生物多样性以及生态系统，在其入侵地区造成了严重的经济损失。研究背景•在过去的二十年间，大量基于叶绿体DNA序列数据的研究从种、属和族的水平上促进了我们对于被子植物进化上关系的理解。同时，叶绿体基因组在系统发生学、DNA条形码、光合作用研究以及最近的叶绿体转化上的重要性，使得越来越多的叶绿体基因组被测序。自从烟草的完整叶绿体基因组被首次公布以来，已有超过200个完整的叶绿体基因组被测序及分析。随着下一代测序技术的出现，由于其具有高通量、省时以及廉价等特点而被逐渐用于叶绿体基因组测序。研究背景•尽管菊科有五个成员的叶绿体基因组已被测序完成，包括小油菊、向日葵、银胶菊（均属向日葵族）、莴苣（莴苣族）以及新疆千里光（千里光族），但目前并未有泽兰族物种的叶绿体基因组被测序完成。这里我们报道了使用Illumina高通量测序技术获得的紫茎泽兰完整叶绿体基因组序列。该叶绿体基因组序列将为紫茎泽兰种群的研究提供有用的遗传学工具，并帮助揭示外来物种入侵的遗传学和进化机制。材料和方法•①叶绿体提取和DNA测序•从中国云南腾冲县生长的紫茎泽兰中采集新鲜的叶子样本。采用向日葵细胞器分离所用的方法进行了叶绿体的分离。经DNA酶处理之后提取出了其叶绿体基因组DNA。构建了短插入片段文库，根据中国深圳BGI提供的操作流程使用IlluminaGAII进行测序。测序以51bp的单末端进行，进一步的图像分析以及碱基读出是使用IlluminaPipeline软件进行的。材料和方法•②基因组的装配和注释•叶绿体基因组的过程中，首先使用perl脚本剔除了Illumina测序的低质量片段。随后我们比较了两种装配短片段序列的方法：•其一：•直接将质量筛选后的片段使用SOAPdenovo进行最小长度为100bp的重叠群的组装，随后使用BLAST软件将这些重叠群与向日葵叶绿体基因组进行比对（将其用作参考基因组），并将进行比对的重叠群按照参考基因组进行排列。材料和方法•其二：•先使用BLAST从原始的质量筛选后的片段中捕捉叶绿体片段，并使用向日葵、小油菊、银胶菊、莴苣和烟草的叶绿体基因组作为参考。随后，这些捕捉的片段再通过使用SOAPdenovo组装成最小长度为100bp的重叠群，接着，通过与向日葵叶绿体基因组进行比对，将短的重叠群拼接成长的重叠群。•最后，对照向日葵基因组使用原始片段的连贯序列来代替denovo重叠群之间的缺口，剩余的缺口通过使用PCR以及Sanger测序来进行填补。材料和方法•叶绿体基因组的注释是是基于可用的在线程序DOGMA来进行的。tRNA基因的鉴定使用的是DOGMA和默认设置下的tRNAscan-SE。内含子位置的确定使用了向日葵叶绿体基因组中的内含子作为参考。叶绿体基因的功能分...
