ファゴピラ（ポリゴナ科）のプラストーム比較と系統発生：ファゴピラムとその関連分類群の配列違いに関する洞察

背景：Fagopyrum（ポリゴナ科）は、経済的および医学的に重要な種以上の15を超える植物系系統です。しかし、属の系統発生関係は十分に調査されておらず、ファゴピラム葉緑体ゲノム（プラストーム）の特性はこれまでのところあまり理解されていません。ファゴピラムの種の多様性の理解を制限します。したがって、ファゴピラムの種間の分類学的関係を明らかにするには、比較プラストーム分析と包括的な系統発生分析が必要です。 結果：現在の研究では、8種と2種類のファゴピラムから12個のプラストームが配列決定され、組み立てられました。比較分析と系統解析では、ファゴピラムの以前に公開された8つのプラストームも含まれていました。ポリゴナ科の他の属の合計49個のプラストームがGenbankから回収され、Fagopyrumとの比較分析に使用されました。ファゴピラムプラストームの変動は、主に反転反復/単一コピー（IR/SC）領域のサイズと境界に反映されています。ファゴピラムは、ポリゴナ科（158,851-170,232 bp）の属（158,851-170,232 bp）よりも、比較的小さいプラスト型サイズ（158,768-159,985 bp）を含むポリゴナ科の系統型フレームワークにおける比較的基礎分類群です。ポリゴナ科のいくつかの属が、IR/SC境界の変動の分布をネストしています。ファゴピラムのほとんどの種は、ポリゴナ科の種と同じIRB/SCの境界を示していますが、異なるIRA/SCの境界を示す種はごくわずかです。ファゴピラムの系統発生分析は、肝臓群とウロピルム群をサポートし、ウロ型群群内のサブクレードの系統的位置を解決しました。さらに、反復シーケンスの種類と数値は、ファゴピラムのグループ間で異なることがわかりました。プラストーム配列同一性は、グループ内とグループ間の有意差を示しました。 結論：遺伝子間領域の削除は、大角膜種のプラスト型サイズの多様性の主な理由である可能性があるため、短い長さのファゴピラムプラストームを引き起こします。系統発生の再建は、プラストームの特性比較を組み合わせて、ファゴピラ内のグループ化をサポートします。これらのゲノム資源の結果は、ファゴピラムの植物育種と同様に、分類法、生殖質資源の識別を促進する可能性があります。

BACKGROUND: Fagopyrum (Polygonaceae) is a small plant lineage comprised of more than fifteen economically and medicinally important species. However, the phylogenetic relationships of the genus are not well explored, and the characteristics of Fagopyrum chloroplast genomes (plastomes) remain poorly understood so far. It restricts the comprehension of species diversity in Fagopyrum. Therefore, a comparative plastome analysis and comprehensive phylogenomic analyses are required to reveal the taxonomic relationship among species of Fagopyrum. RESULTS: In the current study, 12 plastomes were sequenced and assembled from eight species and two varieties of Fagopyrum. In the comparative analysis and phylogenetic analysis, eight previously published plastomes of Fagopyrum were also included. A total of 49 plastomes of other genera in Polygonaceae were retrieved from GenBank and used for comparative analysis with Fagopyrum. The variation of the Fagopyrum plastomes is mainly reflected in the size and boundaries of inverted repeat/single copy (IR/SC) regions. Fagopyrum is a relatively basal taxon in the phylogenomic framework of Polygonaceae comprising a relatively smaller plastome size (158,768-159,985 bp) than another genus of Polygonaceae (158,851-170,232 bp). A few genera of Polygonaceae have nested distribution of the IR/SC boundary variations. Although most species of Fagopyrum show the same IRb/SC boundary with species of Polygonaceae, only a few species show different IRa/SC boundaries. The phylogenomic analyses of Fagopyrum supported the cymosum and urophyllum groups and resolved the systematic position of subclades within the urophyllum group. Moreover, the repeat sequence types and numbers were found different between groups of Fagopyrum. The plastome sequence identity showed significant differences between intra-group and inter-group. CONCLUSIONS: The deletions of intergenic regions cause a short length of Fagopyrum plastomes, which may be the main reason for plastome size diversity in Polygonaceae species. The phylogenomic reconstruction combined with the characteristics comparison of plastomes supports grouping within Fagopyrum. The outcome of these genome resources may facilitate the taxonomy, germplasm resources identification as well as plant breeding of Fagopyrum.