仙人掌科(Cactaceae)植物是新大陆植物区系的一个重要组成部分,也是一个很受欢迎的园艺大科。几乎所有的仙人掌科植物都仅原产美洲地区,只有丝苇(Rhipsalis baccifera)例外。丝苇,又称槲寄生仙人掌,是唯一一种既分布于新大陆又分布于旧日大陆的仙人掌科植物。该种是仙人掌科中分布最广的植物,其成功广泛分布的原因仍然是一个谜。虽然仙人掌科已在此前的研究中证明是单系,得到了分子数据和形态近裔共性的支持,但科内的系统发育关系仍然没有得到充分的解决。此外,仙人掌科与马齿苋科的回欢草族(Anacampseroteae)、马齿苋属(Portulaca L.)和土人生属(Taiinum Adans.)共同组成了马齿苋亚目的ACPT分支,但它们之间的关系也不清楚。陆地植物叶绿体基因组在核苷酸序列、基因含量和序列上高度保守;其相对缓慢的进化速度有利于系统发育和进化的研究。然而,仙人掌科与石竹亚目已测的叶绿体基因组还很少,其在系统发育的解析能力在这些类群中也尚不清楚。本研究首次对丝苇的叶绿体基因组进行测序与解析。其叶绿体基因组总长为122333 bp,具典型的四分体结构,其LSC区域的长度为81459 bp,从SSC区域的23531 bp中分离出来,两个反向重复(IR)区域的长度均为8530 bp。在基因组结构上,基因的含量和顺序发生了重排、基因丢失、基因内含子丢失、部分基因的反向重复(IR)区收缩、倒转和易位等结构变化。特别在LSC区域发现有较大的重排,涉及19个基因:ndhJ-trnF-trnL-trnT-rps4-trnS-ycf3-psaA-psaB-rps14-trnfM-trnG-psbZ-trnS-psbC-psbD-trnT-trnE-trnY,这一现象在石竹目中为首次发现。本研究还揭示了仙人柱亚科物种的SSC区域的反转。rbcL与trnM两基因间6kb倒位可能是仙人掌科成员叶绿体基因组的另一个共同特征。此外,一些基因丢失了内含子,例如clpP基因。rps12基因也失去了一个内含子,但不像在其他被子植物基因组一个内含子在LSC区域,另外两个内含子在IR区域复制。丝苇的rps12基因中,一个内含子在LSC区域,而另一个内含子在SSC 区域。与马齿苋亚目其他物种叶绿体基因组比较,丝苇叶绿体基因组内的重排可能是最多的,并且包含大于100bp的大量重排。利用全叶绿体基因组序列进行系统发育分析,结果再次确认了仙人掌科、土人生属和马齿苋属之间的关系。有意思的是,丝苇在仙人掌科内位于最基部位置,在系统树上,丝苇的枝长也是最长的,这表明了该物种分化时间较早。本研究支持此前研究提出的一个假说:该物种的广泛分布可能是由于进化历史更长的缘故。综上所述,与仙人掌科其它类群植物相比,丝苇具有更长时间的进化历史,这可能是该物种在地球上扩张范围较大的一个重要原因。本研究有助于将来对仙人掌科的系统发育与进化进行进一步研究,也有助于解释丝苇为何成为仙人掌科中唯一走出美洲地区的物种。建议对该种开展更深入的谱系地理学研究,取样覆盖新、旧世界,并综合叶绿体基因组和核基因组的数据,来揭示这一传奇物种的扩张历史。