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叶绿体DNA

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烟草的叶绿体DNA基因组，标示于内侧的基因位于DNA的同一股上，标示于外侧者则位于另一股，基因中的缺口为内含子。

叶绿体DNA（Chloroplast DNA，cpDNA）为真核生物细胞中叶绿体内的DNA。叶绿体等质粒体中具有一独立于细胞核的基因组，且含有核糖体可翻译合成自身的蛋白质[1][2]，为一半自主的细胞器，叶绿体DNA最早于1959年透过生化实验发现[3]，并于1962年透过电子显微镜实际观测确认[4]。1986年烟草与地钱（英语：Marchantia polymorpha）的叶绿体DNA被测序发表，为最早完成测序的叶绿体基因组[5][6]，目前已有大量陆生植物与藻类（英语：List of sequenced plastomes）的质粒体被测序发表。

基因组结构

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叶绿体DNA为环状，长度一般介于120至170kb之间[7][8][9]，分子量为8000万至1.3亿Da[10]，多数植物的叶绿体包含约120个基因[11][12]，大多编码光合作用所需的蛋白（包括RuBisCO的大次单元）与基因表达所需的蛋白[13]，如4种rRNA、约30种tRNA、21种核糖体蛋白以及叶绿体RNA聚合酶的4个次单元[13]。绝大多数生物的叶绿体DNA均不分段，双鞭毛虫门的藻类则为罕见例外，此类生物的叶绿体DNA包括约40段质粒，每个质粒长2至10kb，包含1至3个基因，也有些质粒不编码任何基因[14]。

多数叶绿体DNA包括两段反向重复序列（IRa与IRb），将叶绿体DNA分成大单拷贝区（LSC）与小单拷贝区（SSC）两区域[9]。反向重复序列长4至25kb，其中植物的一般在20至25kb之间[15]，IRa与IRb的序列一般会因协同演化（英语：Concerted evolution）而非常近似[14]。植物叶绿体DNA的反向重复序列演化上相当保守[9][15]，蓝菌基因组与灰藻和红藻的叶绿体基因组中也有与其同源的序列，显示此序列在演化上的起源很早，在叶绿体出现前即已存在[14]。有些叶绿体（豌豆与数种红藻[14]）的基因组丢失了反向重复序列[15][16]，紫菜属（英语：Porphyra）红藻叶绿体则有一个重复序列发生了倒转，使IRa与IRb变为同向排列[14]。反向重复序列可能可帮助维持叶绿体DNA的稳定[16]。

陆生植物新叶的叶绿体中一般有约100个叶绿体DNA，老叶中则仅剩15至20个[17]，多包裹成拟核，一个叶绿体中常有数个拟核[10]。叶绿体DNA虽不与组蛋白结合[18]，但红藻的叶绿体DNA可编码和组蛋白相似的组蛋白样叶绿体蛋白（HC）与自身结合[19]。较原始的红藻Cyanidioschyzon merolae（英语：Cyanidioschyzon merolae）（属温泉红藻纲）的叶绿体拟核集中在叶绿体基質的中央，绿藻与陆生植物的叶绿体拟核则均匀分布于基質中[19]。

模式植物拟南芥的叶绿体DNA基因组

参见

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参考文献

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  1. ^ Lyttleton, J. W. Isolation of ribosomes from spinach chloroplasts. Exp. Cell Res. 1962, 26 (1): 312–317. PMID 14467684. doi:10.1016/0014-4827(62)90183-0. 
  2. ^ Heber, U. Protein synthesis in chloroplasts during photosynthesis. Nature. 1962, 195 (1): 91–92. Bibcode:1962Natur.195...91H. PMID 13905812. S2CID 4265095. doi:10.1038/195091a0. 
  3. ^ Stocking, C. R.; Gifford, E. M. Incorporation of thymidine into chloroplasts of Spirogyra. Biochemical and Biophysical Research Communications. 1959, 1 (3): 159–164. doi:10.1016/0006-291X(59)90010-5. 
  4. ^ Ris, H.; Plaut, W. Ultrastructure of DNA-containing areas in the chloroplast of Chlamydomonas. J. Cell Biol. 1962, 13 (3): 383–91. PMC 2106071 可免费查阅. PMID 14492436. doi:10.1083/jcb.13.3.383. 
  5. ^ Shinozaki, K.; Ohme, M.; Tanaka, M.; Wakasugi, T.; Hayashida, N.; Matsubayashi, T.; Zaita, N.; Chunwongse, J.; Obokata, J.; Yamaguchi-Shinozaki, K.; Ohto, C. The complete nucleotide sequence of the tobacco chloroplast genome: its gene organization and expression. The EMBO Journal. 1986, 5 (9): 2043–2049. ISSN 0261-4189. PMC 1167080 可免费查阅. PMID 16453699. doi:10.1002/j.1460-2075.1986.tb04464.x. 
  6. ^ Ohyama, Kanji; Fukuzawa, Hideya; Kohchi, Takayuki; Shirai, Hiromasa; Sano, Tohru; Sano, Satoshi; Umesono, Kazuhiko; Shiki, Yasuhiko; Takeuchi, Masayuki; Chang, Zhen; Aota, Shin-ichi. Chloroplast gene organization deduced from complete sequence of liverwort Marchantia polymorpha chloroplast DNA. Nature. 1986, 322 (6079): 572–574 [2022-01-17]. Bibcode:1986Natur.322..572O. ISSN 1476-4687. S2CID 4311952. doi:10.1038/322572a0. （原始内容存档于2022-08-02）. 
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