Syndiclis anlungensis属于樟科(Lauraceae)的属(Beilschmiediineae亚族),在中国生物多样性红色名录——高等植物卷(2020年)中被列为极危物种(MEE和CAS,2020年)。自20世纪80年代以来,由于长期野外调查未发现该物种的踪迹,人们一直认为它已经灭绝,直到2015年才重新发现存活的野生个体(Liu,2015年)。目前全球仅存两棵成熟树木,树干直径为20-40厘米,分布在贵州省安龙县杜山镇的王园村和波罗村。研究表明,面临生存挑战,如自然再生能力弱和环境适应能力差(Chen等人,2023年)。剩余种群的极度稀有性和有限的再生能力加剧了严重的遗传多样性丧失风险。从进化遗传学的角度来看,长期的小种群隔离使该物种容易受到遗传瓶颈效应的影响,导致有害等位基因的积累和适应潜力下降(Frankham等人,2017年)。尽管重新发现存活个体为物种生存带来了希望,但严重的基因流限制可能会加剧近交衰退,进一步降低物种对环境变化的抵抗力。在这种情况下,对其遗传系统的深入研究——特别是其基因组的进化动态——对于评估物种生存能力和制定基于科学的保护策略至关重要。目前关于的基因组研究仍然有限,现有工作主要集中在叶绿体基因组系统发育和密码子使用偏倚分析上,而其完整的线粒体基因组尚未被探索(Massoni等人,2014年;Lou等人,2022年)。这一关键空白极大地阻碍了对该物种进化适应机制的研究以及基于科学的保护方法的开发。
线粒体是植物最重要的细胞器之一,与呼吸代谢和能量合成密切相关(Spinelli和Haigis,2018年)。作为植物中第二大基因组,线粒体基因组编码了呼吸链复合体的关键亚基,如细胞色素氧化酶和NADH脱氢酶,这些对于呼吸作用、电子传输系统和能量转换至关重要(Mower等人,2012年)。尽管线粒体蛋白编码基因(PCGs)的进化速度较慢,但它们的功能变异和RNA编辑已被证明显著影响植物的抗逆性和繁殖适应性(Møller等人,2021年;Hernould等人,1993年;Ramadan,2020a年;Kubo和Newton,2008年)。对于而言,研究其线粒体基因组的突变和进化不仅有助于阐明其进化动态,还能为评估其环境应激响应能力提供重要的分子见解。
值得注意的是,植物线粒体基因组表现出非凡的可塑性:频繁的重组产生了多样的结构配置,包括主环状分子、亚基因组环状形式和多部分结构(Gualberto等人,2014年;Kozik等人,2019年)。在被子植物中,线粒体基因组的大小相差两个数量级——从的约222 Kbp到的11.3 Mbp,在裸子植物中可达11.7 Mbp(Zhou等人,2021年;Fields等人,2023年;Putintseva等人,2020年)。在长期进化过程中,线粒体通过不对称的细胞内DNA转移机制不断整合来自叶绿体的DNA片段。这些整合的片段(从几十到数千个碱基对不等)通常保留完整的叶绿体基因或基因簇,在线粒体基因组进化过程中积累不同程度的重组和突变,从而成为遗传和进化信息的重要储存库(Wang等人,2007年)。这种高度动态的遗传特征赋予线粒体基因组丰富的分类学信息,为解决及其近缘物种的遗传和进化挑战提供了独特优势。
本研究采用Illumina和Oxford Nanopore测序技术组合,首次完成了线粒体基因组的测序和组装。对其组成结构、密码子使用偏倚、重复序列、RNA编辑位点和叶绿体来源的同源序列进行了全面分析,以表征其基因组结构。此外,Ka/Ks分析阐明了及其近缘物种在环境压力下线粒体蛋白编码基因(PCGs)的进化机制。利用和其他高等植物的线粒体和叶绿体PCG数据集重建了系统发育树,确定了该物种的系统发育位置。这些发现不仅揭示了线粒体基因组的遗传特征和进化动态,还为遗传改良提供了基础分子数据。