导读：中国科学院昆明植物研究所的研究人员利用第二代测序技术Illumina测定了6种竹子的叶绿体基因组全序列，发现禾本植物叶绿体与线粒体基因组并行进化具谱系效应。
来自中国科学院昆明植物研究所的研究人员发表了题为“Rapid Sequencing of the Bamboo Mitochondrial Genome Using Illumina Technology and Parallel Episodic Evolution of Organelle Genomes in Grasses”的文章，利用第二代测序技术Illumina测定了6种竹子的叶绿体基因组全序列，并且发现Illumina测序序列中还包含了大量来自线粒体基因组的序列，相关成果公布在《公共科学图书馆—综合》（PLoS ONE）杂志上。
这项研究由中国科学院昆明植物研究所博士生马朋飞在李德铢研究员和郭振华研究员的指导下完成，得到了国家自然科学基金项目（31170204）、中国科学院知识创新工程项目（KSCX-YW-N-029和KSCX2-YW-N-067）和云南省创新团队的支持。
同动物的线粒体基因组相比，植物的线粒体基因组有着十分独特的进化方式，如具有较大的基因组、极低的分子进化速率和相对较频繁的基因组结构上的变异等特性。目前，植物线粒体基因组大都通过传统的Sanger法进行测序，需要耗费大量的人力和物力，严重限制了植物线粒体基因组的测序，进而导致对其独特进化方式的研究进展缓慢。第二代测序技术的出现为大规模测序基因组序列提供了可能，这些技术现已成功应用于植物叶绿体基因组的测序，但是其在植物线粒体基因组测序上的应用尚缺乏深入的研究。
在这篇文章中，研究人员利用第二代测序技术Illumina测定了6种竹子的叶绿体基因组全序列，并且发现Illumina测序序列中还包含了大量来自线粒体基因组的序列，这些序列是否可以通过拼接而获得较完整的线粒体基因组序列，从而为测序植物线粒体基因组提供新的途径？该研究选取了其中的裂箨铁竹（Ferrocalamus rimosivaginus）进行拼接，共得到432,839 bp的序列，分布于13个scaffolds和1个contig上，测序覆盖度为39.5×。与已知的禾本科植物线粒体基因组相比，几乎所有的线粒体编码基因都在拼接序列中得到了注释。此外，通过PCR利用传统的Sanger测序法对所拼接序列进行了大规模的验证，证实了拼接序列的可靠性和准确性，利用第二代测序技术测序植物线粒体基因组将是一种行之有效的新方法。
此外，该研究还基于31个线粒体蛋白质编码基因构建了21种被子植物的系统发育树，并且系统关系得到了很高的支持。线粒体序列所构建的系统关系同基于叶绿体序列所得到的系统关系几乎一致，但是在禾本科BEP的单系问题上，两者所支持的系统关系存在着严重冲突，进一步的分析表明这一冲突可能是由线粒体系统树中的长枝吸引所造成的。基于所构建的系统树，探讨了禾本科线粒体基因组序列的进化速率在进化历史中的变化，发现在禾本科分化之前其线粒体基因组序列有着相对较快的进化速率，约为其分化之后进化速率的4倍。这一分子进化速率的变化同禾本科叶绿体基因组有着相似的进化模式，对于这种现象的解释还需要作进一步的研究。
Rapid Sequencing of the Bamboo Mitochondrial Genome Using Illumina Technology and Parallel Episodic Evolution of Organelle Genomes in Grasses
Peng-Fei Ma, Zhen-Hua Guo, De-Zhu Li
Compared to their counterparts in animals, the mitochondrial (mt) genomes of angiosperms exhibit a number of unique features. However, unravelling their evolution is hindered by the few completed genomes, of which are essentially Sanger sequenced. While next-generation sequencing technologies have revolutionized chloroplast genome sequencing, they are just beginning to be applied to angiosperm mt genomes. Chloroplast genomes of grasses (Poaceae) have undergone episodic evolution and the evolutionary rate was suggested to be correlated between chloroplast and mt genomes in Poaceae. It is interesting to investigate whether correlated rate change also occurred in grass mt genomes as expected under lineage effects. A time-calibrated phylogenetic tree is needed to examine rate change.
文献链接：https://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0030297
