凌恩生物明星产品：一文读懂细胞器基因组！

叶绿体和线粒体是真核细胞中不可或缺的重要细胞器，是第二套遗传信息系统，与核染色体不同，它是存在于细胞质中，具有母系遗传特征的独立的遗传元件。叶绿体和线粒体能够自身编码功能相关的主要基因，但是并不完整，因此需要借助核基因组上的某些基因协助完整功能的发挥，如tRNA基因等。因此，叶绿体和线粒体也被称为半自主细胞器。

目前的很多研究中发现叶绿体和线粒体的基因与核染色体之间存在非常多的交流，这对于研究真核生物的进化关系具有非常重要的作用。

叶绿体基因组

叶绿体普遍存在于植物体中，叶绿体基因组是一个典型的双链环状DNA分子，一个植物当中含有多个叶绿体，一个叶绿体中含有12个cpDNA分子。常见的植物叶绿体基因组大小一般在150-160 kb左右，藻类会略小一些，在80-100 kb左右，一般由四部分组成，包括一个LSC和一个SSC，以及二者之间的两个IR区。

图1 叶绿体基因组圈图

基于目前的研究，大多数陆地植物的叶绿体有110~130个基因，其中包括73~86个蛋白编码基因，30个左右tRNA，4/8个rRNA（16S、23S、4.5S、5S）。其中，编码蛋白主要分为三个大类，第一类是与转录和翻译相关的，第二类是与光合作用有关的，第三类是与氨基酸、脂肪酸等物质的生物合成有关。

线粒体基因组

线粒体堪称生命活动的“能量供给站”，这种存在于大多数细胞中的细胞器，拥有自身的遗传物质和遗传体系，除了为细胞供能之外，线粒体还参与到多种细胞功能过程中，拥有调控细胞生长和细胞周期的能力。

典型的动物线粒体是一个环状的双链DNA，有些动物的线粒体也会裂化（啮总目，虱目）；基因组一般比较小，常见的在15-16 kb左右，基因间隔区小，所有的基因都不含有内含子，有重叠基因。在组分构成上一般含13个蛋白，2个rRNAs，22个tRNAs，在3’端有一段控制区。

图2 动物线粒体基因组圈图

植物线粒体是线粒体基因组研究中难度最高的，大小差异较大，100kb-10Mb，大部分由非编码DNA序列组成，且有许多同源序列，占基因组总长的2%-60%，基因间区大，组装和注释的难度较高，结构变异大。目前报道的植物线粒体基因组绝大多数以环形表示，其包含了所代表物种线粒体的所有遗传信息，被定义为主环。

图3 植物线粒体基因组圈图

由于叶绿体基因组和线粒体基因组都属于较为保守的基因组，编码特征和基因组结构与一些原核生物也很类似，所以分析方法上也比较雷同，常常应用于物种分类和进化、遗传多样性、杂交和物种鉴定等研究中。

图4 叶绿体基因组研究适用范围

图5 线粒体基因组研究适用范围

凌恩生物细胞器分析流程

利用高通量测序技术对动植物线粒体基因组及植物叶绿体基因组进行测序组装，突破传统mt/cpDNA分离提纯的实验壁垒，可直接利用组织总DNA获得线粒体/叶绿体基因组，对序列信息进行深入解析，通过比较基因组分析获得物种分类、系统进化、地理谱系遗传等信息。分析流程如下：

图6 叶绿体基因组测序

图7 植物/动物线粒体基因组测序

凌恩生物细胞器研究送样要求

1、植物叶绿体

植物绿色组织部分（叶片等）；取样前建议光照6h以上，使样本中合成大量叶绿体，再进行取样。建议5g以上绿色组织样本（叶片等），可多采集一些留做备份样本。样本用锡箔纸包裹（或冻存管盛放），迅速过液氮速冻，转移至-80℃冰箱内冻存。

2、植物线粒体

优选动物肌⾁组织（如胸、腿部）；对于类似虱⼦、疟原虫等可送整只虫体，动物组织取样1-2g样本；可多采集⼀些留做备份样本。样本用锡箔纸包裹（或冻存管盛放），迅速过液氮速冻，转移至-80℃冰箱内冻存。干冰运输。干冰用量建议以3kg/day计算。⼀般建议10kg起。

3、动物线粒体

优选植物愈伤组织，线粒体完成图，最好送下胚轴。无法培养愈伤组织的，可采用白化苗（叶绿体含量极低的组织）；愈伤组织取样5g以上样本；无法培养愈伤组织的植株，可进行暗培养，建议取样前植株避光培养一周，获得白化苗，取白化苗组织5g以上（叶片等），可多采集一些留做备份样本。取样后，样本用锡箔纸包裹（或冻存管盛放），迅速过液氮速冻，转移至-80℃冰箱内冻存。干冰运输。

凌恩生物细胞器研究技术优势

凌恩生物拥有丰富的细胞器基因组研究经验，具有以下优势：

1. 业内唯一的mtDNA、cpDNA富集抽提服务：自主研发的细胞器基因组富集提取技术，高效实现高质量细胞器基因组富集。

2. 一对一的生物信息分析，人工基因注释矫正：告别在线注释平台的偏差，满足NCBI数据库上传要求，高质量结果交付，助力高水平研究。

3. 核心技术团队负责人均9年以上从业经验，项目经验丰富，提供个性化方案定制。

4. 已完成叶绿体、线粒体基因组项目逾千例，98%以上样本实现完成图水平交付。

5. 配套数据库构建服务，提升科研水准，助力高水平研究发表。

凌恩生物已经开展的细胞器项目经验

凌恩生物拥有丰富的植物细胞器基因组研究经验，已完成及在线的叶绿体&线粒体基因组项目逾千例，有超过98%的样本组装达到完成图水平。下面是部分我们开展过研究的植物物种~