叶绿体是绿色植物体最重要的细胞器,与核基因组相比,叶绿体基因组结构简单、长度较小、序列保守、基因多为直系同源,对研究绿色植物的进化、揭示亲缘关系具有重要价值,广泛应用于比较基因组学和系统发生分析中。本研究结合基因组学、生物信息学、生物统计学,综合运用通过多种方法、在多层次对34个来自不同亚科的禾本科基因组进行基因组比较与系统发育分析。结果如下:1.对禾本科叶绿体基因组及结构区域主要性状(长度、GC含量、基因排布)比较分析表明:禾本科叶绿体基因组长度及GC含量在个亚科间显著不同,GC含量在基因组各结构显著不一致。IR区域长度的变异系数最高。反向重复序列区域长度变化为导致基因组长度变化的主要因素。禾本科叶绿体基因组结构较为保守,基因排布顺序较为一致,在反向重复序列区边界存在丰富的长度扩张与伸缩变异。同双子叶植物烟草、禾本目植物香蒲基因组结构相比,长单拷贝区区存在大的倒位,且此倒位为禾本科叶绿体基因组所特有。2.对禾本科微卫星重复序列进行系统扫描与统计分析:揭示了禾本科微卫星重复序列的分布的偏好为A/T富集型。表明叶绿体微卫星重复序列含量在亚科间具有显著差异,在基因组各个结构分布不均一。在结构区域分布密度与GC含量成负相关。批量设计了一批禾本科通用、亚科通用、及物种特异性微卫星标记引物。为禾本科新的叶绿体微卫星标记应用提供参考。同时,部分SSR模拟扩增的结果表明,SSR变异与系统发育反映的进化关系相一致。3.利用叶绿体基因组多种形式的数据,通过构建最大似然树、最大简约树、贝叶斯树对禾本科进行系统发生分析,理清了数据中禾本科各个亚科、各亚科物种之间亲缘关系。其中,竹亚科和早熟禾亚科相对于稻亚科更近。利用叶绿体全基因组构建的系统发生树与利用叶绿体80个基因构建的系统发生树相一致,表明基因叶绿体全基因组比对在系统发育分析中具有一定价值。反向重复序列区域的系统发育结果表明早熟禾亚科和稻亚科的IR区域有着相似的进化历程。4.通过全基因组比对,寻找禾本科叶绿体基因组的变异热点,设计开发了大规模批量截取DNA内部序列的Perl程序。多序列比对和构建最大简约树评估了各个筛选区段的系统发生学分辨率。设计了可用于禾本科系统发生分析的通用引物,并进行了验证。对于禾本科及早熟禾亚科、黍亚科、竹亚科系统发育分析提供新的优异位点。为禾本科DNA条形码选择提供了有效信息。