栎属(Quercus)是壳斗科中物种最为丰富的类群，广泛分布于北半球温带与亚热带地区，在森林生态系统中具有重要地位。目前，核基因组和叶绿体基因组研究已积累了丰富的成果;然而，栎属线粒体基因组研究明显滞后，尤其是栎属青冈栎组(Quercussection Cyclobalanopsis)的线粒体基因组尚未见相关报道。针对这一问题，研究团队近期成功组装并注释了赤皮青冈(Quercus gilva)和木姜叶青冈(Quercus litseoides)的线粒体基因组，不仅填补了栎属青冈栎组线粒体基因组的空白，也展示了该类群在线粒体基因组结构多样性、重排机制和进化模式上的特征。

　　赤皮青冈的线粒体基因组由三个环状分子和一个线性分子组成，总长度达490,015 bp(图1);木姜叶青冈的线粒体基因组则由两个环状分子和一个线性分子组成，总长度为516,686 bp(图2)。两个线粒体基因组均完整注释出24个核心蛋白编码基因和13个非核心蛋白编码基因，并检测到丰富的重复序列、显著的密码子偏好性以及广泛存在的RNA编辑事件。

　　图1. 赤皮青冈线粒体基因组谱图

　　图2. 木姜叶青冈线粒体基因组谱图

　　研究还揭示了线粒体基因组与叶绿体及核基因组之间的DNA片段转移，表明在栎属基因组进化过程中存在频繁的内共生基因转移现象(图3)。此外，与其他壳斗科物种的共线性比较结果发现，壳斗科线粒体基因组在基因含量上较为保守，但在结构上表现出高度重排和差异(图4)。对线粒体基因组的核苷酸多样性与选择压力的分析进一步表面，该类群线粒体基因组整体的核苷酸多样性水平较低，且大部分核心蛋白编码基因受到强烈的纯化选择，以维持线粒体功能的稳定(图5)。这些结果共同呈现出壳斗科线粒体基因组“低分子进化速率与高结构多样性并存”的独特特征。

　　图3. 赤皮青冈中MTPT和NUMT的示意图。(A)线粒体基因组和叶绿体基因组之间的内共生基因转移图;(B)线粒体基因组和核基因组之间的内共生基因转移图。MTPT，线粒体质体转移片段;NUMT，线粒体核转移片段

　　图4. 壳斗科近缘种与木姜叶青冈的共线性关系图。粉色区域表示结构重排，灰色区域表示序列同源

　　图5. 11个壳斗科线粒体基因组中共有蛋白质编码基因的Pi值(A)和Ka/Ks比值(B)。箱形图表示数据中所有成对比较的Ka/Ks值分布。Pi，核苷酸多样性;Ka/Ks，非同义核苷酸替换率和同义核苷酸替换率之比

　　系统发育分析结果表明，木姜叶青冈与欧洲栎属物种Quercus cerris具有较近的亲缘关系(图6)，而赤皮青冈在壳斗科内的系统发育位置上得到了新的分子证据支持。这些发现不仅为壳斗科物种间的系统关系研究提供了新的数据支撑，也为理解东亚常绿阔叶林的起源与演化提供了重要的基因组学依据。

　　图6. 以欧洲水青冈(Fagus sylvatica)为外类群，基于线粒体基因组(A)和叶绿体基因组(B)构建的栎属植物的系统发育树

　　赤皮青冈与木姜叶青冈线粒体基因组的成功解析，标志着栎属基因组学研究取得系列性进展。研究不仅揭示了栎属青冈栎组物种在基因组结构、重排机制与基因转移方面的独特规律，也为理解东亚常绿阔叶林的形成与演化提供了新的分子证据。未来，团队将进一步结合群体基因组学与生态学数据，探索栎属青冈栎组物种的适应性进化机制及遗传多样性格局，为东亚常绿阔叶林的保护与修复提供更加精准的分子支撑。

　　赤皮青冈的研究成果以“Comparative analysis of the mitogenomes of multiple species of Fagaceae, with special focus onQuercus gilva”为题发表于BMC Plant Biology期刊。该研究由上海辰山植物园植物系统与进化研究组科研助理李玉担任第一作者，宋以刚副研究员为通讯作者，瑞士弗里堡大学Gregor Kozlowski教授和科研助理郑斯斯参与合作完成。而木姜叶青冈的研究成果以“Unraveling the mitochondrial genome ofQuercus litseoides: a step towards conservation of an endangered species”为题发表于Frontiers in Plant Science期刊。上海师范大学与上海辰山植物园联合培养本科生沈若寒和上海辰山植物园科研助理李玉担任共同第一作者，上海辰山植物园宋以刚副研究员与上海师范大学戴锡玲副教授为共同通讯作者，科研助理杨良海、郑斯斯、园艺景观部工程师严旭以及Gregor Kozlowski教授共同参与了该项研究。

　　两项研究得到国家自然科学基金项目(31901217)、上海市绿化和市容管理局科学研究专项基金项目(G192422, G242414, G242416和G252408)以及国家林业和草局科技发展中心项目(KJZXSA202214)的资助。

　　Cite these articles:

　　1. Li Y, Zheng S-S, Kozlowski G, Song Y-G*. (2025). Comparative analysis of the mitogenomes of multiple species of Fagaceae, with special focus onQuercus gilva. BMC Plant Biology, 25: 1098. https://doi.org/10.1186/s12870-025-07072-x.

　　2. Shen R-H, Li Y, Yang L-H, Zheng S-S, Yan X, Kozlowski G, Dai X-L*, Song Y-G*. (2025). Unraveling the mitochondrial genome ofQuercus litseoides: a step towards conservation of an endangered species. Frontiers in Plant Science, 16: 1620373. https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1620373.