基于核苷酸测序揭示辣椒CMS线粒体基因组结构变异

Extensive structural variations between mitochondrial genomes of CMS and normal peppers(Capsicum annuum L.) revealed by complete nucleotide sequencing

背景:胞质雄性不育(CMS)是由于线粒体基因组突变导致无功能性花粉产生的一种现象。对CMS和非CMS线粒体基因组的比较分析,揭示线粒体基因组间结构差异及因重组导致的广泛性重排具有重要意义。然而,在辣椒中与CMS相关的线粒体基因组结构及DNA重排机制仍不清楚。结果:获得了辣椒CMS FS4401(507 452 bp)和可育系Jeju(511 530 bp)线粒体完全基因组序列。并对辣椒、烟草线粒体基因组进行了比较分析,发现其均存在广泛的DNA重排和低保守性的非编码DNA区。FS4401和Jeju线粒体基因组比较发现,除了FS4401线粒体基因组中多了一个atp6(ψatp6-2)基因拷贝外,线粒体所有蛋白编码基因都一致。在基因组结构方面,发现两个线粒体基因组上的18个同线性序列区在基因组上存在重排,这些同线性序列区之间的序列总长度分别为30 380(FS4401)和17 847 bp(Jeju)。此前报道的CMS候选基因、orf507和ψatp6-2均位于FS4401最大特异序列片段的边界,在此区间大量的短序列片段聚集在一起,而Jeju中这些短序列表现为缺失或存在于不同的位点。连接序列片段的重复序列和重叠序列(由少数几个核苷酸组成)暗示同源重组导致的广泛性重排可能涉及到该区段的序列进化。本研究还利用其他植物种类的线粒体DNA序列进行分析,揭示CMS相关基因DNA区段的共同特征。结论:辣椒CMS和雄性可育系线粒体基因组大部分序列表现出一致性,但存在大量的基因组重排现象。辣椒CMS候选基因位于高度重排的CMS特定DNA区域的边界或重复序列附近。通过对其他物种CMS相关基因的特征分析,揭示出可能涉及到CMS相关基因进化的共同机制。