题目：Zygnema circumcarinatumUTEX 1559 chloroplast and mitochondrial genomes provide insight into land plant evolution
轮藻Zygnema circumcarinatum UTEX 1559叶绿体和线粒体基因组为陆生植物进化提供了新见解
发表期刊：Journal of Experimental Botany
发表时间：2020-3-24
影响因子：5.36
研究内容速览
轮藻的完整叶绿体和线粒体基因组为陆地植物的陆生化提供了新的线索。在此，研究者报道了UTEX 1559的细胞器基因组，以及绿藻、轮藻和陆地植物的33个质体和18个线粒体基因组的比较基因组学研究。通过这些质体和线粒体基因组确定基因的存在/缺失。UTEX 1559 (157,548 bp)和SAG 698-1a (165,372 bp)质体之间的比较揭示了非常相似的基因，但是基因组发生了实质性的重排。令人惊讶的是，这两个质体只有85.69%的核苷酸序列一致性。UTEX 1559线粒体基因组大小为215,954 bp，是所有测序轮藻中最大的。有趣的是，这个大的线粒体基因组包含一个50 kb的区域，与任何其他细胞器基因组都没有同源性，其两侧是两个86 bp的正向重复序列，包含15个ORFs。这些ORFs与来自细菌和植物的蛋白质具有显著的同源性，具有诸如引物酶、RNA聚合酶和DNA聚合酶的功能。本研究结论为：(i)先前发表的SAG 698-1a质体可能来自不同的双星藻属Zygnema物种，以及(ii)UTEX 1559线粒体基因组中的50 kb区域可能是最近获得的可移动元件。
实验结果展示
图1、两种Z. circumcarinatum藻种SAG 698-1a(上)和UTEX 1559(下)的MAUVE比对。结果显示了大量的重排和不同的质体长度，表明这些藻种可能不是同种的。A框显示了含有ccsA基因和trnI基因的区域，这是两个质体之间极少数保存完好的区域。B框显示了一个位于ndhJ基因和tRNA，trnL(uag)之间的大区域，该区域是最大的区域(100kbp)，在该区域内共享保守的基因序列，但在位置上相对于其他区域非常显著地发生了重排。
图2、基于质体基因构建的系统发育图，热图代表基于基因GO的功能基因分组。
图3、基于线粒体基因构建的系统发育图，热图代表基于基因GO的功能基因分组。
图4、本研究包括的线粒体基因组的基因密度图。x轴为每个线粒体基因组中基因序列的百分比。y轴为物种。圆的大小为基因间间隔的百分比(IGS)。圆的颜色代表线粒体基因组大小。除了A. thaliana和Z.circumcarinatum UTEX 1559以外的所有物种都保持40%或更高的基因密度。UTEX 1559的基因密度为29.4%，不包括移动元件中的基因。当考虑移动元件中存在的额外基因时，UTEX 1559仍然保持低于40%的基因密度。
图5、UTEX 43 1559线粒体基因组中50 kb“基因沙漠”区域示意图。通过ORFfinder和序列相似性搜索，在该区域共发现16个基因(15个CDSs和1个tRNA)。
