重庆市药植所完成对山银花线粒体基因组完整解析

　　山银花是常用大宗药材，“渝十味”道地药材之一，具有清热解毒、疏散风热，抗菌、抗病毒等功效。用于风热感冒、咽喉肿痛以及呼吸道感染等症，在非典肺炎和新冠疫情防控中发挥了重要作用。山银花在我国南方山区广泛种植，是边远山区促农增收、带动地区经济发展的重要抓手。优良种质资源缺乏是目前山银花种植生产中面临的一大难题，对其基因资源的深入挖掘和研究，将为优良种质发掘、鉴定和良种选育提供支撑。

　　近日，重庆市药物种植研究所任风鸣研究员团队在Frontiers in Plant Science在线发表了题为“Mitochondrial genome of Lonicera macranthoides: features, RNA editing, and insights into male sterility”的研究论文，首次完整解析山银花（灰毡毛忍冬“渝蕾1号”）线粒体基因组，并探讨了线粒体基因与其雄性不育的关联性。研究采用二代和三代高通量测序技术，测序、组装获得全长为1,002,202 bp的灰毡毛忍冬线粒体基因组。共注释到48个蛋白编码基因、26个tRNA基因及3个rRNA基因。检测到79个简单重复序列（SSR）、39个串联重复序列及99个分散重复序列。在分散重复序列中，发现两对正向重复序列（RP1a/1b，RP2a/2b）及两对反向重复序列（RP3a/b，RP4a/b）可以介导线粒体基因组重组。基因组比对结果表明，4.36%的线粒体基因组序列可映射到叶绿体基因组，而21.98%的线粒体基因组序列与核基因组序列具有共线性。基于线粒体基因组共有蛋白编码序列系统进化分析表明L. macranthoides（灰毡毛忍冬）与Lonicera japonica（忍冬，金银花）亲缘关系较近。

　　▲山银花（灰毡毛忍冬）线粒体基因组结构。

　　▲山银花线粒体基因组中重复序列及线粒体基因组重组事件。

　　闭蕾型灰毡毛忍冬（花蕾不开放）是优良的山银花类型，具有雄性不育的繁育特性。线粒体基因结构及功能异常往往是导致植物雄性不育的重要原因。研究对不育型品种与可育型品种的线粒体基因组进行比较基因组学分析，从线粒体功能基因缺失、线粒体基因转录及RNA编辑事件以及不育相关ORFs鉴定三个方面探讨了线粒体基因与雄性不育性的关联性。结果显示，在基因组结构层面，线粒体基因组的主要构型及重组构型上均没有功能基因缺失和结构异常。对不同组织部位线粒体基因转录及RNA编辑分析显示，线粒体编码基因均正常转录，其RNA编辑在不同组织中存在差异，但RNA编辑事件未对蛋白编码基因功能造成影响。通过ORFfinder软件在山银花线粒体基因组中共找到349个长度大于300 bp的ORFs，通过对比不育型和可育型品种的ORFs序列，以及结合花转录组数据共筛选得到7个仅存在于不育型品种线粒体基因组且能发生转录的ORFs。对这7个蛋白序列进行序列分析，发现6个ORFs均来自于叶绿体，编码光系统蛋白或辅酶，而orf125不能被注释。进一步的检测发现orf125也存在于可育型灰毡毛忍冬品种中，这表明orf125及其它ORFs均不会是导致其雄性不育的主要原因。综上所述，雄性不育型灰毡毛忍冬线粒体基因组中未发现导致其雄性不育的典型特征，可以排除其胞质不育的可能性。提示我们需要从核不育、核质互作不育或自交不亲和等方面来考虑其不育成因。本研究进一步丰富了山银花基因资源库，为基于线粒体基因组开发新的遗传标记和开展分子育种提供数据支撑。

　　▲ “渝蕾1号”线粒体ORFs与不育性状的关系。

　　重庆市药物种植研究所药用生物技术中心任风鸣研究员为本文第一通讯作者，山东菏泽学院王立强副教授为共同通讯作者。重庆市药物种植研究所陈忠博士后为第一作者，药植所卓维助理研究员、王昱琦博士、刘莉博士，卢圣鄂、王晗、亓俊朋老师，重庆海关技术中心孙涛老师参与该项研究。本研究受重庆市绩效激励引导专项、重庆市英才项目、重庆市基本科研业务费项目资助。