石斛属是兰科第二大属,它花色鲜艳明丽,姿态优雅万千,具有非常高的园艺观赏价值。除此之外,据《神农本草经》记载,石斛有“生津止渴,养阴益胃”的功效,因此具有很高的药用价值。近年来,因生态环境遭到破坏和人们的乱采乱挖,石斛属的野生资源濒临枯竭,因此,石斛属具有重要的研究价值。石斛属植物起源至今,为了适应生态环境的变化而迅速发生进化,例如水分的减少和二氧化碳浓度降低等情况,因此在其物种间形成了多种光合作用途径,如C3、兼性CAM、专性CAM等。然而,其在适应不同光合作用途径中形成的分子机制尚未明确。本研究通过对13种石斛24h光合指标的测定,发现报春石斛,刀叶石斛,剑叶石斛和昌江石斛为专性CAM植物;金钗石斛,铁皮石斛和重唇石斛为兼性CAM植物;球花石斛,鼓槌石斛,束花石斛,黑毛石斛,长距石斛和聚石斛为C3植物;基于系统发育分析,发现CAM植物并未聚为一支,表明CAM光合途径在石斛中是独立起源的,与亲缘关系无关;此外,对三代转录组数据分析,发现pepc基因发生了47次可变剪接事件,推测可变剪切事件在石斛属中可能促进石斛属植物光合途径的转变,导致光合作用增强。利用高通量测序技术对球花石斛和密花石斛进行测序,并拼接获得完整叶绿体基因组序列,基于比较叶绿体基因组学分析,发现球花石斛和密花石斛叶绿体基因组结构、基因组成、数目较为保守,基于m VISTA对球花石斛、密花石斛与铁皮石斛比对,发现差异主要存在于非编码区。基于位点模型对石斛属植物叶绿体蛋白编码的基因进行选择压力分析,发现共有十个基因受到正选择,如acc D,mat K,psb H,rbc L,rpl2,rpl16,rpo A,rpoc1,rpoc2,ycf2。本研究进一步对石斛属植物叶绿体基因的适应性进化展开研究。构建rpo C2的进化树,通过位点模型计算,发现C3植物鼓槌石斛,束花石斛受到正选择影响,正选择位点为:470T、516D、619I、874R和1014H,进一步发现,四个位点为平行进化位点,通过分析C3植物鼓槌石斛rpo C2基因蛋白的三维结构,发现适应性进化的五个位点都在功能结构域附近,表明石斛属植物在C3向CAM进化的过程中这些位点起到重要作用。综上所述,本论文通过对石斛属植物光合特性及叶绿体基因组适应性进化研究,揭示了石斛属植物光合途径的转变与光合基因的平行进化有关,为今后进一步研究光合途径的转变奠定了基础。