The evolution of chloroplast genome structure in ferns.

The plastid genome (plastome) is a rich source of phylogenetic and other comparative data in plants. Most land plants possess a plastome of similar structure. However, in a major group of plants, the ferns, a unique plastome structure has evolved. The gene order in ferns has been explained by a series of genomic inversions relative to the plastome organization of seed plants. Here, we examine for the first time the structure of the plastome across fern phylogeny. We used a PCR-based strategy to map and partially sequence plastomes. We found that a pair of partially overlapping inversions in the region of the inverted repeat occurred in the common ancestor of most ferns. However, the ancestral (seed plant) structure is still found in early diverging branches leading to the osmundoid and filmy fern lineages. We found that a second pair of overlapping inversions occurred on a branch leading to the core leptosporangiates. We also found that the unique placement of the gene matK in ferns (lacking a flanking intron) is not a result of a large-scale inversion, as previously thought. This is because the intron loss maps to an earlier point on the phylogeny than the nearby inversion. We speculate on why inversions may occur in pairs and what this may mean for the dynamics of plastome evolution. Le génome plastidique (plastome) est une riche source de données phylogénétiques et autres chez les plantes. La plupart des plantes terrestres possèdent un plastome de structure semblable. Cependant, au sein d'un groupe majeur de plantes, les fougères, a évolué un plastome à la structure unique. L'ordre des gènes chez les fougères a été expliqué par une série d'inversions génomiques par rapport à l'organisation du plastome rencontré chez les plantes à graines. Dans ce travail, les auteurs examinent pour la première fois la structure du plastome à travers tout le groupe des fougères. Les auteurs emploient une stratégie PCR pour cartographier et partiellement séquencer les plastomes. Les auteurs ont observé qu'une paire d'inversions se chevauchant partiellement dans la région inversée répétée était présente chez l'ancêtre commun à la majorité des fougères. Cependant, la structure ancestrale (des plantes à graines) est encore observée chez les premières branches à diverger du tronc, lesquelles mènent aux osmundacées et aux hymenophyllacées. Une seconde paire d'inversions chevauchantes est présente dans l'embranchement qui mène aux principales fougères leptosporangiées. Les auteurs ont également trouvé que la position unique du gène matK chez les fougères (dépourvu d'un intron flanquant) n'est pas le résultat d'une inversion de grande taille comme cela a été suggéré antérieurement. Elle découle plutôt du fait que la perte de l'intron serait survenue plus tôt dans la phylogénie que l'inversion voisine. Les auteurs spéculent sur les causes possibles de l'occurrence des inversions en paires et ce que cela signifierait pour la dynamique de l'évolution des plastomes. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

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