The Complete Plastid Genome Sequence of Madagascar Periwinkle Catharanthus roseus (L.) G. Don: Plastid Genome Evolution, Molecular Marker Identification, and Phylogenetic Implications in Asterids

Abstract

The Madagascar periwinkle ( Catharanthus roseus in the family Apocynaceae) is an important medicinal plant and is the source of several widely marketed chemotherapeutic drugs. It is also commonly grown for its ornamental values and, due to ease of infection and distinctiveness of symptoms, is often used as the host for studies on phytoplasmas, an important group of uncultivated plant pathogens. To gain insights into the characteristics of apocynaceous plastid genomes (plastomes), we used a reference-assisted approach to assemble the complete plastome of C . roseus , which could be applied to other C . roseus -related studies. The C . roseus plastome is the second completely sequenced plastome in the asterid order Gentianales. We performed comparative analyses with two other representative sequences in the same order, including the complete plastome of Coffea arabica (from the basal Gentianales family Rubiaceae) and the nearly complete plastome of Asclepias syriaca (Apocynaceae). The results demonstrated considerable variations in gene content and plastome organization within Apocynaceae, including the presence/absence of three essential genes (i.e., accD, clpP, and ycf1) and large size changes in non-coding regions (e.g., rps2-rpoC2 and IRb-ndhF). To find plastome markers of potential utility for Catharanthus breeding and phylogenetic analyses, we identified 41 C . roseus -specific simple sequence repeats. Furthermore, five intergenic regions with high divergence between C . roseus and three other euasterids I taxa were identified as candidate markers. To resolve the euasterids I interordinal relationships, 82 plastome genes were used for phylogenetic inference. With the addition of representatives from Apocynaceae and sampling of most other asterid orders, a sister relationship between Gentianales and Solanales is supported.

Horizontal Transfer of DNA from the Mitochondrial to the Plastid Genome and Its Subsequent Evolution in Milkweeds (Apocynaceae)

“…80,000 species). This insertion is also present in the plastome of a second A. syriaca individual (GenBank: JF433943.1) that we previously sequenced (Straub et al 2011; Ku et al 2013), and this region in the newly sequenced individual differs by the insertion of 21 bp, 16 of which are repeated upstream of the insertion, and deletion of 21 bp that comprises a direct repeat in the first individual. The rps2 – rpoC2 intergenic spacer ranges from 208 to 327 bp in 28 other photosynthetic asterid species with plastomes in GenBank (table 2).…”

“…A putative mitochondrial to plastid HGT of an rpl2 pseudogene was detected by Ku et al (2013) in the common milkweed ( Asclepias syriaca L.: Apocynaceae) based on Blast similarity searches. Here, we confirm transfer of mtDNA, including the rpl2 pseudogene ( ψrpl2 ), into the plastome of A. syriaca based on the full genome sequences of the plastome and mitochondrial genome for this species.…”

The complete plastome sequence ofCarissa macrocarpa(Eckl.) A. DC. (Apocynaceae)

“…The family includes many economic plants, such as species of Catharanthus, Carissa, and Nerium, which are important sources of medicine and fruits. To date plastome sequences have been determined for 10 species within the Apocynaceae (Ku et al 2013;Straub et al 2013Straub et al , 2014Park et al 2014;Jang et al 2015;Park et al 2016). Our data for C. macrocarpa will be the first complete plastome sequence for a species in the genus Carrisa and tribe Carisseae.…”

Genome sequencing in plants and the genus Panax L.

“…Các phân tích đánh giá trên cơ sở dữ liệu của toàn bộ hệ gen lục lạp trở nên khả thi và đây là công cụ hữu hiệu, là nguồn thông tin quý giá giúp giải quyết các mối quan hệ phát sinh chủng loài, quá trình thích nghi, tìm kiếm các mã vạch phân tử ngắn, đặc trưng... Đến nay rất nhiều hệ gen lục lạp đã được giải mã hoàn chỉnh sử dụng các công nghệ khác nhau và được phân tích so sánh với các dữ liệu hệ gen lục lạp đã công bố để tìm kiếm sự đa dạng, khác biệt giữa các hệ gen, phân tích nguồn gốc tiến hóa. Ku et al, (2013) đã lắp ráp hoàn chỉnh hệ gen lục lạp loài Catharanthus roseus (L.) G. Don (họ Apocynaceae) -loài cây thuốc quan trọng được thương mại rộng rãi trên thị trường dược phẩm trị liệu, so sánh với trình tự hệ gen lục lạp của 2 loài khác là Coffea arabica (họ Rubiaceae) và Asclepias syriaca (họ Apocynaceae). Phân tích cho thấy sự đa hình đáng kể về thành phần gen trong họ Apocynaceae, trong đó có mặt/ không có mặt 3 gen quan trọng (accD, clpP và ycf1), cũng như khác nhau ở các vùng không mang mã (rps2-rpoC2 và IRbndhF).…”