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对 10 种非模式作物的质体基因组测序揭示腰果中线粒体 DNA 的大片段插入。

Plastome Sequencing of Ten Nonmodel Crop Species Uncovers a Large Insertion of Mitochondrial DNA in Cashew.

出版信息

Plant Genome. 2017 Nov;10(3). doi: 10.3835/plantgenome2017.03.0020.

Abstract

In plant evolution, intracellular gene transfer (IGT) is a prevalent, ongoing process. While nuclear and mitochondrial genomes are known to integrate foreign DNA via IGT and horizontal gene transfer (HGT), plastid genomes (plastomes) have resisted foreign DNA incorporation and only recently has IGT been uncovered in the plastomes of a few land plants. In this study, we completed plastome sequences for l0 crop species and describe a number of structural features including variation in gene and intron content, inversions, and expansion and contraction of the inverted repeat (IR). We identified a putative in cinnamon ( J. Presl) and other sequenced Lauraceae and an apparent functional transfer of to the nucleus of quinoa ( Willd.). In the orchard tree cashew ( L.), we report the insertion of an ∼6.7-kb fragment of mitochondrial DNA into the plastome IR. BLASTn analyses returned high identity hits to mitogenome sequences including an intact open reading frame. Using three plastome markers for five species of , we generated a phylogeny to investigate the distribution and timing of the insertion. Four species share the insertion, suggesting that this event occurred <20 million yr ago in a single clade in the genus. Our study extends the observation of mitochondrial to plastome IGT to include long-lived tree species. While previous studies have suggested possible mechanisms facilitating IGT to the plastome, more examples of this phenomenon, along with more complete mitogenome sequences, will be required before a common, or variable, mechanism can be elucidated.

摘要

在植物进化过程中,细胞内基因转移(IGT)是一种普遍存在且持续进行的过程。虽然核基因组和线粒体基因组已知通过 IGT 和水平基因转移(HGT)整合外来 DNA,但质体基因组(质体)一直抵制外来 DNA 的掺入,直到最近才在少数陆地植物的质体中发现 IGT。在这项研究中,我们完成了 10 种作物物种的质体基因组序列,并描述了许多结构特征,包括基因和内含子含量、反转、以及反向重复(IR)的扩展和收缩的变化。我们鉴定了肉桂(J. Presl)和其他已测序的樟科植物中的一个假定的 IGT 事件,以及藜麦(Willd.)核中的一个明显的功能转移事件。在果园树腰果(L.)中,我们报告了线粒体 DNA 的一个约 6.7kb 片段插入质体 IR。BLASTn 分析返回了与线粒体基因组序列高度同源的结果,包括一个完整的开放阅读框。使用五个物种的三个质体标记,我们生成了一个系统发育树来研究插入的分布和时间。四个物种共享该插入,表明该事件发生在 2000 万年前的一个单一属的分支中。我们的研究将线粒体到质体 IGT 的观察扩展到包括长寿命的树种。虽然以前的研究提出了可能促进 IGT 到质体的机制,但需要更多的此类现象的例子以及更完整的线粒体基因组序列,才能阐明一个共同的或可变的机制。

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