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金腰属(Chrysosplenium L.)隶属虎耳草科(Saxifragaceae),基生叶有互生和对生两种。中国是全球金腰分布的核心区域。金腰属的首次大规模分子系统发育研究在1997年完成,之后又陆续有科学家对本属植物进行了深入研究,但是作为该属植物起源地和丰富度最高的中国,利用叶绿体全基因组对金腰的全面分析未见报道。本研究优化了叶绿体DNA分离技术,提取了高质量的叶绿体基因组DNA;运用二代Illumina技术对27种30份金腰样品进行了全基因组序列测定,成功组装了金腰属叶绿体DNA基因组;分析了金腰属叶绿体DNA的结构与序列进化;重建了金腰属内的系统发育关系,为金腰属新种鉴定提供分子证据;确定金腰属在被子植物系统发育组(APG)分类系统中发育位置,重建了虎耳草目(Saxifragales)在APG分类系统中的位置,主要研究结果如下:1.本研究以金腰属野生植物为材料,通过梯度离心法和高盐-低pH法提取了大叶金腰(C.macrophyllum)和中华金腰(C.sinicum)的叶绿体基因组DNA,改良CTAB法提取了其余金腰的总DNA。比较两种不同的叶绿体DNA提取方法,都能得到较纯的叶绿体DNA。上述两种叶绿体DNA提取方法,都需要大量的新鲜叶片作为原材料。根据濒危物种红色目录(Red List of Threatened Species,IUCN),大部分金腰属植物种群和个体数量不足。所以,目前除了大叶金腰、中华金腰、肾萼金腰等物种外,大部分野生金腰属植物仍采取CTAB法提取总DNA进行测序的方法。2.运用ABYSS算法进行组装。我们最终得到的叶绿体基因组大小为150,750-154,342bp,其中SSC为17,115-18,137bp,LSC为81,830-84,437bp,IR为25,318-26,666bp。仅微子金腰(C.microspermum)GC含量为37.05%,远小于其他物种,其他金腰GC含量接近。在不统计微子金腰的情况下,金腰亚属的平均GC含量为37.38%,明显低于互叶亚属的平均GC含量37.62%。3.大部分金腰的叶绿体基因组物包含117个不同的基因,包括4个rRNA基因,31个tRNA基因和82个不同的蛋白质编码基因。在中华金腰(C.sinicum)、山溪金腰(C.nepalense)、桑植金腰(C.sangzhense)中,一个tRNA的位置发生了变化,trnK-UUU由LSC区域转移到IRs区域。在贡嘎金腰(C.gonggaense)中的infA基因丢失;五台金腰(C.gonggaense)、互叶金腰(C.alternifolia)、林金腰(C.lectus-cochleae)的IR区域上只有一个ycf1基因,为单拷贝;巴东金腰(C.badongense)、肾叶金腰(C.griffithii)rps19基因为单拷贝。在金腰属中显示IR区域扩展/收缩事件的物种主要集中在高纬度或高海拔区域。4.利用79个蛋白质编码序列,重建了中国金腰属内物种的系统发育关系。邻接法(neighbor-joining,NJ)、最大似然法(Maximum Likelihood,ML)和最大简约法(Maximum parsimony,MP)、贝叶斯法(Bayesian,BI)的四个进化树表现相同的拓扑结构。除微子金腰,均能将金腰属分为两个大的分支和9个小的分支,与该属的形态学描述基本符合。5.邻接法、最大似然法、贝叶斯法的三个进化树表现相同的拓扑结构,证实了金腰属与与虎耳草科的其他属具有更近的亲缘关系,并且形成了良好的姐妹分支,利用分子证据确定了金腰属属于虎耳草科(Saxifragaceae)。利用最大似然法重建了虎耳草目(Saxifragales)在APG系统中位置,结果显示蔷薇目(Rosales)和虎耳草目(Saxifragales)形成了一个分支,是葡萄目(Vitales)的姐妹分支。结果表明在被子植物中叶绿体基因组的单拷贝基因区(LSC和SSC)和IR区域在进化中会发生不同程度的扩展。