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葡萄科植物物种丰富,分布广泛,且具有重要的经济价值和观赏价值。近年来,对葡萄科植物的研究从未停歇。目前,绝大多数被子植物叶绿体全基因组序列已经测定完成。将不同物种叶绿体基因组全序列进行比较以及对4个区域边界的差异分析,有助于了解叶绿体基因组序列差异,理解物种之间的进化过程。叶绿体基因组序列因具有较强的保守性和较低的碱基替换率等特点,使其成为系统发育研究较为理想的数据。本研究利用Illumina二代测序技术对葡萄属11个种叶绿体基因组进行测序,对包括蛇葡萄、垂盆草和烟草在内的16个叶绿体基因组进行比较分析,并以叶绿体基因组79个共有的蛋白编码基因对葡萄科39个种进行系统发育研究,揭示葡萄科各属种之间的进化关系。主要研究结果如下:1.测定和注释了葡萄属11个种叶绿体全基因组序列,得到11条完整的叶绿体基因组。葡萄属叶绿体基因组十分保守,大小为160935-160982 bp;具有典型的四分体结构,包含一个大单拷贝区(LSC,89159-89193 bp),一个小单拷贝区(SSC,19045-19073 bp)和一对反向重复区(IRs,26250-26373 bp);含有113个不同的基因(79个蛋白编码基因,30个tRNA和4个rRNA),此外,注释了两个特殊的没有编码蛋白功能的基因:ycf15和ycf68,均位于反向重复区;11个种叶绿体基因组GC含量非常相似,约为37.4%;密码子偏好A和T,尤其是密码子第二位和第三位,高达61.61%和69.74%;对重复序列和简单重复序列(SSR)进行了统计分析,为葡萄属植物的相关研究提供了基础。2.16个叶绿体基因组全序列比对结果表明:IR区域比LSC/SSC区域更加保守;葡萄属内叶绿体基因组非常保守,葡萄科蛇葡萄属植物与葡萄属植物也具有较强的共线性,而与其他被子植物(垂盆草和烟草)具有较大的差异。葡萄属13个种之间的遗传距离反映了物种亲缘关系的远近;分别对编码区和非编码区的核苷酸多态性(Pi)进行分析,共检测到10个变异度较高的区域(psbZ-trnG(UCC),csA-ndhD,atpF-atpH,accD-psaI,ndhF-rpl32,rps15-ycf1,trnK(UUU)-rps16,rpl32,rpl33,atpF),其中3个位于编码区,其余均位于非编码区。四个区域边界的比对结果显示,基因rps19、ndhF、ycf1、φrps19和φycf1等的大小和分布存在不同程度的差异,这些差异反映了叶绿体基因组的进化过程。3.本研究基于叶绿体基因组79个共有的蛋白编码基因对葡萄科39个种进行系统发育研究,以更加全面的数据确定和验证葡萄科各属种之间的系统进化关系。两种不同的分析方法(ML和MP)得到了相同的拓扑结构,将葡萄科植物分为5个主要的分支(Vitis-Ampelocissus clade,Parthenocissus-Yua clade,core Cissus clade,Cayratia-Cyphostemma-Tetrastigma clade,Ampelopsis-Rhoicissus clade),且每个分支均为单系分支;葡萄属内15个种进一步分为圆叶葡萄亚属和真葡萄亚属,而真葡萄亚属包括欧亚支系和新世界支系。