虎耳草科(Saxifragaceae)为虎耳草目多年生草本植物,共含有30多个属600多个种且主要分布在北半球,其多样性中心位于喜马拉雅、亚洲东部和北美西部。该科可分为虎耳草类群和矾根类群,而在矾根类群中又由9个属构成了矾根组,由于矾根组内广泛存在多个属的属间和属内杂交,使其成为研究杂交事件对系统发育关系重建影响的理想模型。黄水枝属(Tiarella L.)为矾根组中的一个小属,共含有三个物种(黄水枝、心叶黄水枝和三叶黄水枝),具有独特的东亚-北美西部-北美东部间断分布模式(在三地区各分布1种)。前人研究已确定该属在整个科的系统位置并揭示其起源于北美西部,但属下种间系统发育关系及分化历史尚未得到解决。本研究基于二代高通量测序中的基因组浅层测序技术(genome skimming)对矾根组3个属7个物种共11个个体进行了测序,结合虎耳草科已经发表的叶绿体基因组和矾根组部分发表的核ETS和ITS序列对该科的叶绿体基因组进化模式、黄水枝属系统发育关系以及与近缘属是否存在由古老杂交导致的叶绿体捕获事件及捕获方向进行了研究。主要得到了以下结果:(1)叶绿体基因组测序及分析对测序得到的原始数据进行统计分析,11个样品获得reads数量介于15,431,294和49,735,470之间且长度均为150 bp。经过筛选后,碱基质量超过Q30的百分比都大于80%,reads长度平均为124 bp。通过组装、拼接和注释后所有个体的叶绿体基因组全长介于154,407 bp与155,330 bp之间。与大多数被子植物一样,11个样品的叶绿体基因组均由4部分组成(1个大单拷贝区,1个小单拷贝区和两个反向重复区)。整个叶绿体基因组编码相同的113个单一基因,其中79个蛋白质编码基因,30个t RNA基因和4个r RNA基因,有19个基因位于反向重复区内。在这113个基因中,有14个基因含有1个内含子,3个基因含有两个内含子。(2)虎耳草科叶绿体基因组进化分析结合虎耳草科已经发表的4个属(包括岩白菜属、槭叶草属、独根草属和虎耳草属)的叶绿体基因组序列,我们对该科的叶绿体基因组的进化模式进行了初步探讨。结果显示,整个虎耳草科的叶绿体基因组相对比较保守。基因组上并没有发现基因的插入缺失、移位、倒置等结构上的变异,大小介于150,752 bp与156,960 bp之间且仅仅是由于大单拷贝区、小单拷贝区和反向重复区的大小所导致的。基因ycf15和rpl2的内含子在所有叶绿体基因组中均丢失,推断此现象可能在虎耳草科中属于一种共源性性状。(3)黄水枝属系统发育关系及叶绿体捕获事件研究运用本地BLAST比对,获得了黄水枝属及其近缘类群的细胞核外转录间隔区(ETS)和内转录间隔区(ITS)序列,并基于ETS/ITS联合矩阵成功解决了黄水枝属的系统发育关系:分布于北美东部的心叶黄水枝位于该属的基部,北美西部的三叶黄水枝与东亚广布的黄水枝形成姐妹类群。此外,基于核ETS/ITS序列构建的黄水枝属及其近缘类群的系统发育关系与基于叶绿体基因组全长的结果存在明显不一致现象。进一步分析表明,黄水枝属在进化过程中由于古老的属间杂交至少发生了两次捕获矾根属的叶绿体基因组事件。(4)黄水枝属遗传资源的开发黄水枝属中,东亚特有的广布种黄水枝分布从喜马拉雅至北海道的广大地区,横跨中国-喜马拉雅和中国-日本两大植物亚区,其独特的地理分布格局是从分子角度研究两大植物亚区的分界线及历史成因的理想模型。但目前对黄水枝谱系分化和物种形成过程研究处于空白阶段。因此,在本研究中我们对黄水枝属遗传资源进行了开发。通过对该属三个物种基因组变异位点分析,共得到9个(psb I-trn S,trn R-atp A,pet N-psb M,psb C-trn S,trn T-trn L,trn L-trn F,pet G-trn W,rpl32-trn L,ndh D-psa C)具有高变区的片段。基于Candi SSR软件共筛选到1800个具有多态性的核SSR位点。