叶绿体基因组进化的速率和方式
叶绿体系统发育基因组学的研究进展
叶绿体系统发育基因组学的研究进展*张韵洁，李德铢＊＊（中国科学院昆明植物研究所生物多样性与生物地理学重点实验室，云南昆明650201）摘要：系统发育基因组学是由系统发育研究和基因组学相结合产生的一门崭新的交叉学科。
近年来，在植物系统发育研究中，基于叶绿体基因组的系统发育基因组学研究优势渐显端倪，为一些分类困难类群的系统学问题提出了解决方案，但同时也存在某些问题。
本文结合近年来叶绿体系统发育基因组学研究中的一些典型实例，讨论了叶绿体系统发育基因组学在植物系统关系重建中的价值和应用前景，并针对其存在问题进行了探讨，其中也涉及了新一代测序技术对叶绿体系统发育基因组学的影响。
关键词：系统发育基因组学；叶绿体基因组；新一代测序技术；长枝吸引中图分类号：Q75，Q949文献标识码：A文章编号：2095－0845（2011）04－365－11 Advances in Phylogenomics Based on Complete Chloroplast GenomesZHANG Yun-Jie，LI De-Zhu＊＊（Key Laboratory of Biodiversity and Biogeography，Kunming Institute of Botany，Chinese Academy of Sciences，Kunming650201，China）Abstract：Phylogenomics is a new synthesized discipline which combines genomics with phylogenetics．Phylogenom-ics based on chloroplast genomes has shown many great advantages in plant phylogenetic research in recent years，providing resolutions for phylogeny of some taxonomically difficult groups of plants．However，there are some prob-lems coming along with chloroplast phylogenomics as well．In this review，the application prospects and potential problems of chloroplast phylogenomics in plant phylogenetic reconstruction were discussed based on recent phylog-enomic case studies．The influence of next-generation sequencing on chloroplast phylogenomics was also discussed．Key words：Phylogenomics；Chloroplast genome；Next-generation sequencing；Long-branch attraction地球上的生命形式多种多样，它们因有着共同的进化历史而有着或近或远的渊源。
叶绿体基因编辑技术的研究与应用
叶绿体基因编辑技术的研究与应用叶绿体是植物细胞中一种重要的细胞器，其内含有多种基因，与植物细胞的生长和发育密切相关。
近年来，随着基因编辑技术的出现和不断发展，叶绿体基因编辑技术也开始引起科学家们的广泛关注和实验研究。
那么，叶绿体基因编辑技术有哪些优点？其应用将会带来哪些改变？一、叶绿体基因编辑技术优点1. 高效性与其他基因编辑技术相比，叶绿体基因编辑技术具有更高的编辑效率和成功率。
通过叶绿体基因编辑技术，不仅可以实现点突变，还可以通过插入或替换DNA序列来修改植物叶绿体的基因组。
2. 稳定性叶绿体基因组一般不会发生杂合现象，具有很高的稳定性。
此外，叶绿体基因编辑技术也可以实现基因组的整体转移，使转移的基因组稳定地存在于叶绿体中。
3. 生物安全性叶绿体基因组与植物常规基因组相互独立，不会通过杂交等方式传递给其他物种，因此具有很好的生物安全性。
二、叶绿体基因编辑技术应用前景1. 提高农作物的产量和品质随着人口的增长和城市化的加速，粮食安全问题越来越受到全球的关注，而叶绿体基因编辑技术的出现为解决食品安全问题提供了新的途径。
通过利用叶绿体基因编辑技术，可以增强植物光合作用的效率，提高农作物的产量和品质。
例如，利用叶绿体基因编辑技术对水稻叶绿体基因进行编辑，可以增加其光合作用效率，提高水稻的产量。
2. 抗病、抗虫特性的改善叶绿体基因编辑技术可以针对植物抗病、抗虫等方面进行编辑，如将病菌生长所需的基因断裂或删除，从而提高植物的抗病、抗虫特性。
此外，叶绿体还可以通过叶绿体基因的编辑来调节一些植物药用成分的产生，为新药物的研究提供帮助。
3. 抗氧化剂的提取和利用叶绿体中含有大量的抗氧化剂，如维生素E、β-胡萝卜素等。
利用叶绿体基因编辑技术，可以增加和提取抗氧化剂，用于医药和农业等领域。
4. 生态环境修复利用叶绿体基因编辑技术可以实现对植物生物光合和碳循环过程的操作和改变，可以修复环境中的一些有害物质，如重金属污染和有害气体等。
丹参叶绿体基因组进化分析
Medicinal Plant Salvia miltiorr因组全长151,328bp, 编码114个,包含80个 蛋白编码、30个tRNA和4个rRNA基因。共检测到4对正向、3 对反向和7条串联重复序列。 比较基因组研究表明丹参与其他三个唇形目物种的叶绿体基 因组之间整体相似性较好,但基因间区的变异较大。 基于71个叶绿体蛋白编码基因的系统进化研究表明丹参在现 有叶绿体基因组公布的菊分支物种中与芝麻关系最近。
共编码114个基因,蛋 白编码基因80个、 tRNA30个、rRNA4个 。 IR区6个蛋白编码基因、 7个tRNA基因以及4个 rRNA基因。 LSC区蛋白编码基因 61个、tRNA基因22个。 SSC区只有蛋白编码 基因12个和tRNA基因 1个。
丹参的叶绿体基因组共有18个基因含有内含子,其 中3个基因QclpP、rpsl2、yq/3)含有2个内含子(表 3-5)。值得注意的是A77W2是一个反式剪接基因,它 的5’端位于LSC区,3’端在两个IR区各有一个拷贝。 内含子最长,达2,522bp,包含基因
基因组序列比对： MUMmer 正反向重复序列分析： REPuter 串联重复序列分析： Tandem Repeats Finder (TRF) v4.04 简单重复序列分析： MISA 蛋白编码基因序列比对： Kimura’s twoparameter (K2P) model 进化树构建： PAUP4.0b10
系统进化分析
基于71个共有蛋白编码基因的菊分支MP系统进化树
结论
丹参的叶绿体基因组同大多数已公布的被子植物叶绿体基因 组一样，由一对IR区分隔LSC和SSC区，呈典型的四段式结 构。含有4对正向、3对反向和7条串联重复序列,其中大部分 均位于基因间区和内含子序列，但也有一些位于tRNA和蛋 白编码区。 本研究基于71个叶绿体蛋白编码基因的系统进化分析表明丹 参在现有叶绿体基因组公布的菊分支物种中与芝麻关系最近。
基于叶绿体基因组全序列分析真叶植物叶绿体基因的适应性进化
基于叶绿体基因组全序列分析真叶植物叶绿体基因的适应性进化王博;高磊;苏应娟;王艇【摘要】Euphyllophytes comprise fems, gymnosperms, and angiosperms. Relatively abundant chloro-plast genome sequence data has been available for them. In this research, chloroplast gene sequences of 29 euphyllophyte species were extracted from their completely sequenced chloroplast genomes; then an a-daptive evolutionary analysis was performed on the chloroplast genes by running PAML under models allowing w (nonsynonymous/synonymous rate ratio) to vary among sites. Th e results showed that: ①The percentage of chloroplast genes under positive selection in ferns, gymnosperms, and angiosperms were 6. 5%, 7.5% and 19. 2% , respectively. The number of positively selected genes in angiosperms appeared significantly larger than that of ferns and gymnosperms. ②Most positively selected genes were genetic system or photosynthesis-related genes. Their coding proteins often functioned in chloroplast protein synthesis, gene transcription, energy transformation and regulation, and photosynthesis. We infer that the chloroplast functional genes may have played key roles during the adaptation of euphyllophytes to terrestrial ecosystems.%真叶植物包括蕨类、裸子植物和被子植物.迄今已积累有较为丰富的真叶植物叶绿体基因组全序列数据.选取了29种真叶植物的叶绿体基因组全序列,采用PAML软件基于位点间可变ω模型,分别分析了蕨类、裸子植物和被子植物叶绿体基因的适应性进化.结果显示:①蕨类、裸子植物和被子植物各有6.5％、7.5％和19.2％的叶绿体基因受正选择作用；被子植物经历正选择的叶绿体基因明显比蕨类和裸子植物为多；②被正选择作用的叶绿体基因主要是遗传系统和光合系统基因,它们的编码产物涉及叶绿体蛋白质合成、基因转录、能量转化与调节及光合作用等过程.推测叶绿体功能基因可能在真叶植物对陆生生态环境的适应过程中起着重要作用.【期刊名称】《中山大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(051)003【总页数】7页(P108-113,146)【关键词】真叶植物;叶绿体基因;叶绿体基因组全序列;正选择【作者】王博;高磊;苏应娟;王艇【作者单位】中国科学院武汉植物园//中国科学院植物种质创新与特色农业重点实验室,湖北武汉430074;中国科学院研究生院,北京100049;中国科学院武汉植物园//中国科学院植物种质创新与特色农业重点实验室,湖北武汉430074;中山大学生命科学学院,广东广州510275;中国科学院武汉植物园//中国科学院植物种质创新与特色农业重点实验室,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】Q349;Q949近年来，随着分子生物学，尤其是大规模测序技术的不断革新，叶绿体基因组学研究正被日益推进。
叶绿体基因工程的特点
叶绿体基因工程的特点叶绿体基因工程是一种重要的生物技术，通过对叶绿体中的基因进行改造和调控，可以实现对植物的遗传特性的改变。
叶绿体作为植物细胞中的一个重要器官，具有自主复制、高表达能力和遗传稳定性等特点，因此成为了基因工程的理想载体。
叶绿体基因工程在农业、生物能源和药物生产等方面具有广泛的应用前景。
1.高表达能力叶绿体中存在着大量的基因副本，因此可以实现高水平的基因表达。
相比之下，细胞核基因工程常常受到基因拷贝数的限制，表达水平较低。
叶绿体基因工程能够通过调控叶绿体基因的表达来实现高效率的蛋白质合成，从而提高产量和纯度。
2.遗传稳定性叶绿体具有自主复制的能力，其遗传物质在细胞分裂中能得到保持和传递。
相比之下，细胞核中的基因常常存在较高的突变率和体细胞重组现象。
叶绿体基因工程利用叶绿体自身的复制机制，能够确保外源基因的稳定遗传，从而增加了转基因植物的可靠性。
3.耐药性叶绿体基因工程通常利用了植物叶绿体中的耐药基因作为筛选标记。
通过引入耐药基因，可以在培养基中加入相应的选择剂，筛选出获得外源基因的转基因植株。
这种筛选方式相对简便，有效地排除了无法转化的植株，提高了基因转化的效率。
4.转基因传播叶绿体基因工程可以通过杂交或胚胎转移等方式将转基因特性传递给后代。
基因在叶绿体中的稳定遗传性质确保了转基因特性在后代中的稳定表达。
通过这种方式，可以实现对某一物种或品系的大规模遗传改良，从而在农业生产和种质资源的保存等方面具有重要意义。
叶绿体基因工程以其独特的特点和应用前景成为了生物技术领域的研究热点之一。
随着技术的不断发展和完善，叶绿体基因工程有望在农业生产、生物能源和医药领域等方面发挥重要作用，为人类的生活和健康带来更多的福祉。
叶绿体基因工程是通过改变叶绿体中的基因组来实现特定目的的一种遗传工程技术。
以下是叶绿体基因工程的几个主要特点：叶绿体基因工程具有高效的特点。
由于叶绿体在细胞中的丰富数量和进行自我复制的能力，叶绿体基因工程可以在较短的时间内实现目标基因的稳定表达。
浅析植物系统学中叶绿体基因组分析技术的应用
浅析植物系统学中叶绿体基因组分析技术的应用植物系统学的发展离不开基因组学技术的应用，其中叶绿体基因组分析技术在研究植物进化、分类及基因功能等方面有着重要的应用价值。
本文将探讨叶绿体基因组分析技术在植物系统学中的应用。
叶绿体基因组是细胞质基因组之一，是一种环形DNA分子，长度约为120-160 kb，在细胞色素源和光合作用等方面发挥着重要作用。
叶绿体基因组中包含约100种基因，编码叶绿体内膜体、核糖体、载体蛋白等功能蛋白质，同时还编码产生光合色素和辅助色素的基因。
由于叶绿体基因组中基因序列在不同物种之间存在差异，因此可以通过叶绿体基因组分析技术揭示植物不同层次的系统学信息。
在植物系统学中，叶绿体基因组分析技术主要包括PCR扩增、序列分析和系统发育分析三个步骤。
其中，PCR扩增是最基本的步骤，常用的引物包括通用引物trnL-F、rbcL和matK等，通过扩增叶绿体基因组的特定片段来获取基因序列。
序列分析主要包括序列编辑、比对和注释等步骤，通过比对来确定物种分类地位以及在物种群体中基因变异的系統演化和保守性位点。
系统发育分析是目前最常用的植物系统学建树方法，主要包括最大似然法、最大简约法和贝叶斯法等方法，通过分析不同物种之间的相似性和差异性来构建物种间的系统树。
一、系统发育重建叶绿体基因组分析技术可以用来重建不同植物类群之间的系统发育关系，例如被子植物、裸子植物和蕨类植物等分类关系。
例如，通过分析不同类群之间rbcL、matK和trnL-F等基因区段序列的变异情况，可以确定物种的系统进化关系并建立系统进化树。
二、物种鉴定叶绿体基因组分析技术可以用来快速精准地进行物种鉴定。
通过分析物种的特定鉴定位点序列，可以快速鉴定物种分类地位，例如legume、木兰属、蕨类植物和松科等。
该技术可以非常方便地鉴定不同物种之间的生物形态差异，这对于物种分类、资源保护和生态研究具有重要意义。
三、种群遗传结构研究叶绿体基因组分析技术可以用于研究不同种群之间的遗传结构及基因流情况。
辣椒属叶绿体基因组特征及进化
热带作物学报2022, 43(3): 447 454 Chinese Journal of Tropical Crops收稿日期 2021-12-06；修回日期 2021-12-22基金项目 国家自然科学基金项目（No. 32060710，No. 31860005）。
作者简介 刘 潮（1980—），男，博士，副教授；研究方向：植物逆境生物学。
*通信作者（Corresponding author ）：韩利红（HAN Lihong ），E-mail ：*********************。
辣椒属叶绿体基因组特征及进化刘 潮，韩利红*，代小波，刘宸语曲靖师范学院生物资源与食品工程学院云南省高校特色果酒技术创新与应用工程研究中心，云南曲靖 655011摘 要：辣椒（Capsicum L.）属于重要的蔬菜和香料作物，在世界范围广泛栽培。
种质资源是育种和生产的基础，开展辣椒属叶绿体基因组特征研究对阐明辣椒种质资源遗传多样性、培育和改良栽培品种具有重要的理论和实践价值。
本研究从NCBI 数据库下载13个辣椒属物种叶绿体基因组序列，利用REPuter 、MISA 和mVISTA 等软件，对辣椒属叶绿体基因组特征、序列重复、结构变异和系统发育进行分析。
结果显示：辣椒属叶绿体基因组均具有保守的四分体结构，一对反向重复区（IRs ）将大单拷贝区（LSC ）和小单拷贝区（SSC ）分开，基因组全长介于156 583~158 077 bp 之间，包含113个unique 基因，其中蛋白编码基因、tRNA 基因和rRNA 基因数分别为79、30和4；含有60~127对长重复序列，其中正向重复序列和回文重复序列比例较高，30~39 bp 的重复序列含量较高；发现150~164个SSR 位点，以单核苷酸和二核苷酸重复为主，多为A 或T 碱基重复；基因组序列同源性较高，未发现基因重排现象，非编码区序列变异高于基因编码区，LSC 和SSC 的多样性位点多于IR ；发现rps18-rpl20、rps4-trnT 、ndhF -rpl32-trnL 和ycf1等4个核苷酸多态性热点，LSC 和SSC 的序列多样性高于IR ；主要栽培种辣椒（C. annuum ）与多花辣椒（C. tovarii ）亲缘关系较近，中华辣椒（C. chinense ）与灌木状辣椒（C. frutescens ）和紫绿花辣椒（C. eximium ）亲缘关系较近。
植物叶绿体转化的基因枪法研究进展
ｓａｔｉｖａ Ｌ．），结果表明转化莴苣叶绿体表达ＧＦＰ的量可 达到叶绿体可溶性蛋白的３６％，并且所有Ｔｏ代均可 育，Ｔｌ代表现稳定。实验转化叶用蔬菜叶绿体的成 功，为利用植物生产可食用疫苗、抗体、药物提供了新 的途径。
高等植物叶绿体基因工程是植物基因工程发展的 新领域。１９８８年Ｂｏｙｎｔｏｎ等…人以莱茵衣藻 （Ｃｈｌａｍｙｄｏｍｏｎａｓ ｒｅｉｎｈａｒｄｉｔｉ）为材料，用基因枪成功进 行了外源基因ｘＣｎｔ－绿体的转化。其后Ｓｖａｂ等Ｌ２ｊ将此 项技术成功用于高等植物。目前为止已有多种植物， 如烟草、马铃薯、油菜等，实现了叶绿体基因转化。近 年来叶绿体基因转化技术的进步，更加显示出其巨大 的应用前景。研究证实它是一个能散状辐射到农艺性 状改良以及用植物生物反应器生产各种药物、疫苗抗 体、功能食品及工业、环保产品的通用核心技术一Ｊ。
近年来，各国科学家大量尝试叶绿体基因转化方 法方面的工作，这些工作借鉴核基因转化，主要有以下 四种：①花粉管导入法。如刘博林等Ｍ Ｊ将含有龙葵ａｔ— ｒａｚｉｎｅ基因ｐｓｂＡ的质粒ｐＢＲ３２２转化大豆，获得了抗 ａｔｒａｚｉｎｅ的大豆植株。经分子检测证实，ｐＢＲ３２２质粒 ＤＮＡ整合到大豆叶绿体基因组。②ＰＥＧ介导法。该 法属原质生体转化方法。Ｗｅｎｄｙ Ｃ…５等用ＰＥＧ法将脂
·６·
植物叶绿体转化的基因枪法研究进展
张彦桃 （内蒙古大学生命科学学院实验教学中心呼和浩特０１００２１）
摘要叶绿体基因组转化由于具有独特的优越性，逐渐成为植物基因工程研究的热点．而基因枪转化法是目前较为成熟的叶绿 体基凶转化技术。本文简述了基因枪转化的原理、方法及优缺点，并重点阐述了叶绿体转化的优点及实践应用的研究进展。 关键词 植物基因枪叶绿体转化
叶绿体基因组系统发育树的构建
叶绿体基因组系统发育树的构建
叶绿体基因组是一种常用的分子标记，可用于构建植物的系统发育树。
构建叶绿体基因组系统发育树的步骤如下：
1. 叶绿体基因组测序：首先进行叶绿体基因组的测序，获取叶绿体基因组的完整序列信息。
2. 叶绿体基因组序列比对：将测得的叶绿体基因组序列与已知的参考序列进行比对，找出相似的序列区域。
3. 序列选择：根据不同研究目的和物种特点，选择一些适当的叶绿体基因组序列作为研究对象。
一般选择高度保守的基因，如rbcl、matK等。
4. 序列比对：将选定的叶绿体基因组序列进行多序列比对，找出序列间的相似性和差异性。
5. 构建系统发育树：利用多序列比对结果，采用系统发育学分析的方法，如最大似然法、最小进化法等，构建叶绿体基因组的系统发育树。
6. 树的评估和解读：对构建的系统发育树进行评估，包括支持值（bootstrap值）和相似度等。
根据系统发育树的拓扑结构和分支长度，解读物种间的亲缘关系和进化历史。
需要注意的是，叶绿体基因组系统发育树的构建是一种较为复杂和精细的分析过程，需要较高的数据分析能力和专业知识。
同时，样本选择、序列比对和系统发育分析方法的选择也会对结果产生一定影响，因此需要进行合理的设计和操作。
第七章细胞的能量转换—线粒体与叶绿体
第七章细胞的能量转换—线粒体和叶绿体一．教学目标：1．深刻明白得线粒体和叶绿体是真核细胞两种重要的产能细胞器。
线粒体普遍存在于各类真核细胞中，而叶绿体仅存在于植物细胞中。
2．深刻明白得线粒体和叶绿体的超微结构，明白得氧化磷酸化和光合磷酸化的特点和不同点。
3．深刻明白得线粒体和叶绿体都是半自主性的细胞器。
深刻明白得分子伴娘在跨膜运输蛋白质进入线粒体和叶绿体的进程中所发挥的作用。
4．明白得线粒体和叶绿体的增殖主若是通过割裂进行的。
明白得关于线粒体和叶绿体起源的内共生学说和分化学说。
二．重点：1.线粒体、叶绿体的超微结构；2. 线粒体、叶绿体的自主性3. 线粒体、叶绿体的增殖。
三．难点：线粒体、叶绿体的超微结构及功能的关系。
四．讲课方式与教学方式：教学、讨论、多媒体辅助教学。
五．教学内容:线粒体和叶绿体是细胞内的两种产能细胞器。
线粒体普遍存在于各类真核细胞中，叶绿体仅存在于植物细胞中。
线粒体和叶绿体都是高效的产生ATP的周密装置，尽管它们最初能量的来源不同，但却有着相似的大体结构，以类似的方式合成ATP。
线粒体和叶绿体都有环状DNA及自身转录的RNA与翻译蛋白质的体系。
组成线粒体和叶绿体的各类蛋白质成份是由核DNA和线粒体DNA或叶绿体DNA别离编码的，因此线粒体和叶绿体都是半自主性细胞器。
第一节线粒体与氧化磷酸化一、线粒体形态、大小、数目和分布二、线粒体的超微结构本世纪50年代后，在电镜下观看研究线粒体的结构问题。
是由双层单位膜套叠成的所谓“囊中之囊”，在空间结构上人为地划分为四大部份，即外膜、内膜、外室、内室。
（一）外膜（outer membrane）指包围在线粒体最外面的一层膜，看上去平整滑腻而具有弹性，膜厚约6nm。
对各类小分子物质（分子量在10000 doldon之内，如电解质、水、蔗糖等）的通透性较高，有人以为外膜上具有小孔（ф2~3nm）。
（二）内膜（inner membrane）也是一单位膜，约厚6~8nm。
分子遗传学5章叶绿体和线粒体的基因组及其表达
叶绿体基因组（cpDNA）及其表达
（一）叶绿体基因组结构
（二）叶绿体基因组特点
（1）环状双螺旋分子，不与蛋白质结合。 （2）基因组复制和遗传复杂且难以确定。 （3）基因组大小在120kb-160kb。含120-140个基因。 （4）某些基因含有内含子。 （5）有的基因组合可形成操纵子。 （6）所带基因主要控制tRNA、rRNA及约80种蛋白质合成。
表20-2 在线粒体中密码子的改变
生物 共同 哺乳动物 哺乳动物 果蝇 果蝇 纤毛虫 另一类纤毛虫 酵母 酵母 酵母 酵母
密码子 UG AUA CCA CUG UAG
MtDNA编码 Trp 终止 Met(起始) Met Ser Glu Cys Met(延伸) Thr Ser Ser
支原体
UGA
Trp
核密码 终止 Arg Ile Ile Arg 终止 终止 Ile Leu Leu 终止 终止
（三）线粒体基因的转录和翻译调控
转录与原核生物的转录相似；转录产物也往往没有完整的5’帽子和3’ poly(A)结构；转录后调控中RNA编辑和剪接占有重要地位；
线粒体核糖体沉降系数为60-78S，也与原核生物的核糖体类似。线 粒体基因存在和核基因的协调互作作用，
（四）线粒体基因相关的胞质雄性不育（CMS）
线粒体 细胞核
母系遗传 核遗传
细胞质雄性不育 育性恢复
玉米CMS
三系法 杂交制 种技术
线粒体的起源
• 内共生假说 • 1970，Margulis，真核
细胞祖先是种吞噬细胞； 线粒体祖先是种革兰氏 阴性菌。前者吞后者 • 细胞分化假说 • 原始的原核细胞质膜内 陷包被DNA，然后再分 化形成独立的细胞器。
叶绿体基因工程
叶绿体基因工程姓名：李茂华学号：20142356摘要：叶绿体是植物细胞和真核藻类执行光合作用的重要细胞器，在叶绿体中表达外源基因比在细胞核中表达具有一些独特优势。
叶绿体基因工程步骤类似核基因工程，叶绿体基因工程在提高植物光合效率、改良植物特性及生产生物药物等方面已得到应用。
尽管叶绿体基因工程还存在同质化难度高、标记基因转化效率较低、宿主种类偏少等问题，但作为外源基因在高等植物中表达的良好平台其仍然具有广阔的发展和应用前景。
关键词：叶绿体基因工程应用存在问题叶绿体作为植物中与光合作用直接相连的重要细胞器，其基因组的功能也因此扮演着十分重要的角色。
1882 年Straburger 观察到藻类叶绿体能分裂并进入子代细胞；1909年Baur 和Correns 通过在3 种枝条颜色不同的紫茉莉间杂交得出，质体是母本遗传的。
人们便开始对叶绿体遗传方面产生了浓厚的兴趣【1】。
1988 年Boynton 等首次用野生型叶绿体DNA 转化了单细胞生物衣藻突变体（atPB 基因突变体），使其完全恢复光合作用能力，标志着叶绿体基因工程的诞生【2】。
叶绿体基因工程作为一种很具有发展前景的植物转基因技术，在植物光合作用、抗虫性、抗病性、抗旱性、遗传育种等方面都将有着越来越重要的意义。
1 叶绿体基因工程概述1.1叶绿体简介叶绿体是绿色植物光合作用的场所, 来源于古代的衣藻类原核生物, 含有双链环状DNA ( Manning , 1971 )叶绿体DNA 有IRA 和IRB 两个反向重复序列( 分别位于A 链和B链) , 两者基因大小完全相同, 只是方向相反, 它们之间有一个大的单拷贝区(largesingle copy region , LSC ) , 大小约80kb, 和一个小的单拷贝区( small single copy region , SSC )大小约20kb。
多数叶绿体D N A大小在120一160kb, 最大2000 kb ( 伞藻) , 最小85 kb ( 刺海松)。
叶绿体基因组及其应用
叶绿体基因组及其应用摘要作为植物细胞器的重要组成部分和光合作用的器官，叶绿体在生物进化的漫长历史中发挥了重要作用．伴随着生物技术的深入发展，人们发现叶绿体基因组结构和序列的信息在揭示物种起源、进化演变及其不同物种之间的亲缘关系等方面具有重要价值．与此同时，比核转化具有明显优势的叶绿体转化技术在遗传改良、生物制剂的生产等方面显示出巨大潜力，而叶绿体基因组结构和序列分析则是叶绿体转化的基石．基于叶绿体的这些重要作用，收集整理了有关的资料，从几个方面归纳了本领域最近的研究进展，希望能使读者对迅速发展的叶绿体基因组研究有更全面的了解，以及对叶绿体基因组在物种的进化、遗传、系统发育关系等方面的作用有更深刻的认识，同时也希望对叶绿体转化技术的研究和广泛应用产生积极作用．叶绿体是质体的一种，因为绿色而得名，普遍存在于陆地植物、藻类和部分原生生物当中，是细胞内具有自主遗传信息的重要细胞器．由于光合作用发生在叶绿体内，因而成为推进早期生命进化的能量源头，全面了解叶绿体基因组及其在生物进化中的作用，对今后深入研究和充分发挥叶绿体功能具有重要意义．1. 叶绿体基因组的结构特征叶绿体基因组DNA(chloroplast DNA，cpDNA) 一般为双链环状分子，极少数为线状，如伞藻 cetabularia)．叶绿体基因组的大小差别也比较大，如微管植物叶绿体DNA一般为l20～160 kb，其中被子植物120 kb，裸子植物如银杏(Jinkgo bilob)为 158 kb，石松(Huperzia lucidula)为154 kb，蕨类植物为l40～150 kb，苔藓类如地钱为120 kb．藻类尤其是绿藻的叶绿体基因组DNA的变化很大，小的只有37kb，如一种寄生性的绿藻(Helicosporidium sp.ex Simulium jonesii)，而伞藻的叶绿体基因组则高达2000 kb．目前的研究结果表明，叶绿体基因组的结构非常保守．图1所示为烟草叶绿体基因组结构，双链环形DNA有4个基本部分组成，分别是大单拷贝区 (Large single copy region，LSC)，小单拷贝区(small single copy region，SSC)，反向重复区A (inverted repeat region A)，和反向重复区B(inverted repeat region B)．2个区域的序列相同但方向相反。
桑属植物叶绿体基因组特征比较及系统发育分析
张浩蓉，秃玉翔，李启少，等．桑属植物叶绿体基因组特征比较及系统发育分析［Ｊ］．江苏农业科学，２０２４，５２（７）：３４－４０．ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０２４．０７．００５桑属植物叶绿体基因组特征比较及系统发育分析张浩蓉，秃玉翔，李启少，曹正英，赵文植，沈伟祥，孙正海（西南林业大学园林园艺学院／国家林业和草原局西南风景园林工程技术研究中心，云南昆明６５０２２４） 摘要：探究桑属叶绿体基因组特征及该属物种的系统发育进化关系。
收集８种桑属植物叶绿体基因序列，基于最大似然法重建桑属植物系统发育关系，并运用生物信息学手段进行叶绿体基因组特征分析。
桑树叶绿体基因组结构为典型的四段式结构，大单拷贝区长８９９５２ｂｐ，小单拷贝区长２０１４９ｂｐ，２个反向重复区长２５７５１ｂｐ。
共检测到６６１个ＳＳＲ位点，包含４８０个单核苷酸位点、５７个二核苷酸位点、２５个三核苷酸位点、８２个四核苷酸位点、１６个五核苷酸位点、１个六核苷酸位点，碱基组成以Ａ／Ｔ碱基类型为主，平均ＧＣ含量为３６．２％。
变异度在前３位的间隔区依次是ｐｓｂｌ－ｔｒｎＳ（ＧＣＵ）－ｔｒｎＧ（ＵＣＣ）、ｒｐｓ４－ｔｒｎＴ（ＵＧＵ）－ｔｒｎＬ（ＵＡＡ）、ｒｐ１３２－ｔｒｎＬ（ＵＡＧ）。
桑属树种的叶绿体基因组相对较大，且序列稳定，变异主要发生在ＬＳＣ区。
相较于基因编码区，桑属植物的基因非编码区更容易积累突变。
桑与蒙桑具有较近的亲缘关系，其次是华桑与吉隆桑。
关键词：桑属；叶绿体基因组；特征；系统发育 中图分类号：Ｓ８８８．２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００２－１３０２（２０２４）０７－００３４－０７收稿日期：２０２３－０８－０２基金项目：云南省科技人才与平台计划（编号：２０２２０５ＡＦ１５００２２）；西南林业大学科研预研基金。
作者简介：张浩蓉（１９９８—），女，云南昆明人，硕士研究生，主要从事园林植物与观赏园艺研究。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｒ２３１２２ｘ＠１６３．ｃｏｍ。
叶绿体基因组和核基因组相互作用研究
叶绿体基因组和核基因组相互作用研究随着基因组时代的发展，科学家们开始逐渐认识到叶绿体基因组与核基因组之间的相互作用对生物体的发育和适应性具有重要的影响。
本文将探讨叶绿体基因组和核基因组之间的相互作用研究。
一、叶绿体基因组和核基因组的基本概念叶绿体是细胞内的一种细胞器，其主要功能是进行光合作用，同时还参与了植物体内的代谢和信号转导过程。
叶绿体基因组是指存在于叶绿体内的一段线性DNA分子，其大小在各个物种之间存在较大的差异，一般在80-160 kb之间。
与叶绿体相对应的是核基因组，核基因组是存在于细胞核中的DNA分子，是细胞内的遗传物质。
对于多细胞生物而言，核基因组不仅编码了细胞内的自身物质，还编码了叶绿体和线粒体等细胞器的大部分功能蛋白。
叶绿体基因组和核基因组在生物体内的相互作用需要复杂的调节和控制，其中包括了基因表达调节、遗传多样性维持以及进化适应等过程。
二、叶绿体基因组和核基因组的相互作用1.基因表达调节叶绿体基因组和核基因组之间的相互作用在基因表达调节上起到了重要的作用。
一些研究表明，叶绿体和核基因组之间的通信可以通过质体介导或直接转运RNA的方式进行，这种通信可以影响到叶绿体内基因的转录和翻译过程，影响着叶绿体的正常功能。
另一方面，核基因组的某些基因也参与了调节叶绿体基因的表达，包括一些编码转录因子、RNA编辑酶和翻译调节因子等。
2. 遗传多样性维持叶绿体基因组和核基因组之间的相互作用对于维护生物体的遗传多样性也起到了重要的作用。
由于叶绿体基因组的复制模式是自主复制，遗传多样性主要通过突变、重组、乱序插入和移位等方式保持，而核基因组则存在比较显著的重组和交配过程。
对于叶绿体和核基因组的复制和遗传性状的调控，增强了生物体对外部环境的适应能力和生存能力。
3. 进化适应叶绿体基因组和核基因组之间的相互作用对于物种的进化适应也具有重要意义。
在自然选择的过程中，叶绿体和核基因组的相互作用是非常关键的，因为它使生物体能够产生更多的遗传多样性，增加了物种的适应性和生存机会。
叶绿体基因组基因间隔区
叶绿体基因组基因间隔区
叶绿体基因组的基因间隔区是指叶绿体基因组中编码基因的非
编码区域。
这些基因间隔区域在叶绿体基因组中起着重要的调控和
功能性作用。
首先，叶绿体基因组的基因间隔区包含了一些重要的调控元件，如启动子、转录因子结合位点和转录终止子等。
这些元件对叶绿体
基因的转录和翻译起着重要的调控作用，影响着叶绿体基因的表达
水平和时机。
其次，基因间隔区也包含了一些重要的序列元件，如tRNA基因
和rRNA基因的起始子和终止子序列。
这些序列元件对叶绿体基因组
的转录和翻译过程起着重要的作用，确保叶绿体基因的正常表达和
功能。
此外，基因间隔区还包含了一些重要的转录调控序列，如反式
作用元件和增强子等。
这些序列元件对叶绿体基因的转录调控起着
重要的作用，影响着叶绿体基因的表达水平和组织特异性。
另外，基因间隔区还可能包含了一些重要的转座子序列和重复
序列。
这些序列元件对叶绿体基因组的结构和稳定性起着重要的作用，影响着叶绿体基因组的遗传稳定性和进化过程。
总的来说，叶绿体基因组的基因间隔区在叶绿体基因的调控、表达和稳定性方面起着重要的作用，对叶绿体的正常功能和生物体的适应性具有重要意义。
叶绿体基因组 qc
叶绿体基因组 qc
叶绿体基因组是叶绿体内含有的一套基因组成的基因组。
叶绿体基因组的研究对于理解植物的进化、遗传和生物学功能具有重要意义。
叶绿体基因组通常包括一些特定的基因，如光合作用相关的基因、自我复制的基因以及编码叶绿体特有蛋白的基因等。
叶绿体基因组的研究内容非常广泛，包括基因组结构、功能基因的表达调控、基因组的进化以及与其他细胞器和细胞核基因组的相互作用等方面。
叶绿体基因组的结构研究可以揭示叶绿体基因组的组成和排列方式，有助于理解叶绿体的遗传特性和进化历史。
叶绿体基因组中的功能基因表达调控研究可以帮助科学家们了解叶绿体基因的表达模式和调控机制，从而深入理解叶绿体在植物生长发育和适应环境变化中的作用。
此外，叶绿体基因组与其他细胞器和细胞核基因组的相互作用研究也是当前研究的热点之一，可以揭示叶绿体与其他细胞器和细胞核在细胞代谢和生物学功能上的协同作用。
总的来说，叶绿体基因组的研究涉及到基因组结构、功能基因表达调控、基因组的进化以及与其他细胞器和细胞核基因组的相互
作用等多个方面，对于揭示植物的遗传特性、进化历史以及生物学功能具有重要意义。
通过对叶绿体基因组的深入研究，可以为植物遗传育种、生物技术应用以及环境适应性等方面提供重要的理论基础和应用价值。