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背景/目的：广义披碱草属（Elymus sensu lato，Poaceae）可以说是小麦族（Triticeae）中最大且最复杂的属。该类群包括基于 x=7 染色体的杂交种和多倍体，且均包含 St 基因组，构成了牧草和谷类育种的重要基因库。分析叶绿体基因组多样性及其结构动态，对于解析母系谱系、网状进化以及这一具有重要农艺价值复合群的生物多样性至关重要，并有助于完善其分类、保护与开发利用。 方法：我们采用 Oxford Nanopore 超长单分子读长测定了睫毛披碱草（Elymus ciliaris，4x=2n=28；StStYY 基因组组成）的完整叶绿体基因组（质体基因组），并将其与另外 76 个叶绿体基因组进行比较，这些基因组代表了广义披碱草属中主要的 St 基因组谱系〔偃麦草属（Pseudoroegneria）St；披碱草属狭义（Elymus s.s.）StH、StY；赖草属（Thinopyrum）StJ/E；拟鹅观草属（Campeiostachys）StYH；仲彬草属（Kengyilia）StYP〕。我们分析了其结构、核苷酸多样性、反向重复区（IR）动态以及系统发育信号。 结果：E. ciliaris 的叶绿体基因组全长为 135,004 bp（GC 含量 38.3%），具有典型的四分体结构。单分子读长（n=74）揭示了异质质体性：存在两种小单拷贝区（SSC）方向，频率为 30%:70%，表明存在倒位多态性。在整个 Elymus 类群中，对叶绿体组装序列的比较分析显示其结构高度保守，但不同谱系具有特异性的 IR 边界位移。仲彬草属表现出显著的 IR 扩张。核苷酸多样性热点定位于大单拷贝区，尤其在 StY 谱系中更为明显。系统发育分析恢复了一个含 St 的单系类群，但未能划分出清晰的属界限，这反映了网状进化；同时可识别出北美/东南亚和欧亚两个地理亚类群。 结论：单分子测序在睫毛披碱草单株中发现了带有倒位多态性的异质质体性，而这一现象在短读长组装中被掩盖。除预期可归因于技术性同聚物变异外，未发现其他多态性，这与叶绿体序列的特征相一致。我们的分析表明，类似偃麦草属的 St 型叶绿体基因组在广义披碱草属多倍体中占主导地位，是其主要母本供体。可变区域和 IR 动态为网状谱系中的叶绿体基因组演化提供了有力模型，并提示可利用质体基因组变异来补充核基因组层面的生物多样性研究。
背景/目的：广义披碱草属（Elymus sensu lato，Poaceae）可以说是小麦族（Triticeae）中最大且最复杂的属。其包含以 x=7 染色体为基础的杂交类群和多倍体，且均含有 St 基因组，构成了牧草和谷类作物育种的重要基因库。分析叶绿体基因组多样性及其结构动态，对于解析母系谱系、网状进化和这一具有重要农艺价值复合群的生物多样性至关重要，并有助于完善其分类、保护与开发利用。
方法：我们利用 Oxford Nanopore 超长单分子读长测定了毛披碱草（Elymus ciliaris，4x=2n=28；StStYY 基因组组成）的完整叶绿体基因组（plastome），并将其与另外 76 个叶绿体基因组进行比较，这些基因组代表了广义披碱草属中主要的 St 基因组谱系［Pseudoroegneria St；Elymus s.s. StH、StY；Thinopyrum StJ/E；Campeiostachys StYH；Kengyilia StYP］。我们分析了其结构、核苷酸多样性、反向重复区（IR）动态及系统发育信号。
结果：毛披碱草叶绿体基因组全长为 135,004 bp（GC 含量 38.3%），具有典型的四分体结构。单分子读长数据（n=74）揭示了异质体性：存在两种小单拷贝区（SSC）方向，频率为 30%:70%，表明存在倒位多态性。在广义披碱草类群中，叶绿体组装的比较分析显示其结构总体高度保守，但不同谱系间存在特异性的 IR 边界位移。Kengyilia 表现出显著的 IR 扩张。核苷酸多样性热点定位于大单拷贝区，尤其在 StY 谱系中更为明显。系统发育分析恢复了一个含 St 基因组的单系类群，但未能界定属级边界，这反映了网状进化特征；同时识别出北美/东南亚和欧亚两个地理亚类群。
结论：单分子测序在毛披碱草单株中揭示了伴随倒位多态性的异质体性，而这一现象在短读长组装中被掩盖。除技术性同聚物变异外，未检测到其他多态性，这与叶绿体序列的预期特征一致。我们的分析表明，类似 Pseudoroegneria 的 St 型叶绿体基因组作为母本供体，在广义披碱草多倍体中占据主导地位。可变区域和 IR 动态为网状谱系中的叶绿体基因组进化提供了有力模型，并提示可利用质体基因组变异来补充核基因组生物多样性研究。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.03.742459v1?rss=1
🏷️ 叶绿体基因组 异质质体性 反向重复序列 系统发育 多倍体进化 禾本科