兰科(Orchidaceae)植物全科约有700属20,000个物种,分布在全球热带地区和亚热带地区,少数的种类也分布于温带地区。兰科植物属于被子植物,主要分布在热带地区,具有草本习性和物种多样性高等特点。我国约有171属1247个物种及亚种、变种或变型。兰科植物其外形艳丽具有极高的观赏价值,兰科以生殖和生态适应性而闻名于世,是最多样化的植物家族之一,但是其许多物种却由于自然原因和人类活动而变得十分稀少。兰属(Cymbidium)与兜兰属(Paphiopedilum)植物是兰科植物的主要组成类群,它们都具有极高的药用价值和观赏价值。兰科是一个进化复杂的科,但目前为止对兰科的亲缘关系研究仍然不够全面,由于人们对兰科植物的基因组缺乏了解,使其成为当今兰科研究的瓶颈。由各项研究所知,叶绿体基因组更适合用来研究植物的系统进化关系,是由于叶绿体基因组具有序列长度小、单亲遗传、核苷酸替换率低和基因组结构简单保守等特点。我们测序组装了六个兜兰属和两个兰属物种的叶绿体全基因组序列,还从Genbank数据库中下载了十一个兰科其他属的叶绿体基因组序列,其中包括三个网上已经公布的兜兰属序列,三个百合科序列作为研究的外群。运用信息学方法对其进行叶绿体基因组的比较分析,基于四个数据集建立了关于兜兰属和兰属的系统发育树。我们分析研究的主要内容和结果如下:1.九个兜兰属物种叶绿体基因组比较与系统进化研究分析结果:九个兜兰属物种具有基本相似的基因结构,其叶绿体基因组都为环状四分体的DNA分子结构,但也存在着明显的差异;九个兜兰属物种的叶绿体基因组长度为154,699 bp到162,682 bp,平均长度为157,561bp,共编码122个功能基因,其中包括76个蛋白基因(CDS),38个t RNA基因和8个r RNA基因;通过对九种兜兰属物种叶绿体基因组IR/SC边界的分析结果表明,九种兜兰属叶绿体基因组存在IR区域的扩张和收缩;变异分析结果表明,trn P-UGG-psa J、psb B-psb T、ycf2-trn L-CAA、psa C-trn L-UAG、rpl32-ccs A等基因区域存在较大的差异,还发现了两个高度可变的基因(rps15和psa C),这些区域对进一步研究和分析兜兰属的系统发育关系起到重要的作用;通过基于四个数据集建立的20个物种的系统发育树表明,九个兜兰属物种聚为一支,且每个分支都有着很高的支持率,研究结果可使我们更清楚地了解九种兜兰属物种之间的亲缘关系。2.兰属叶绿体基因组分析结果:本研究还组装注释了两个兰属叶绿体基因组(Cymbidium bicolor与Cymbidium.qiubeiense);两个兰属叶绿体基因组长度为156,528 bp和156,594 bp;利用从Genbank数据库中下载的十一个兰科叶绿体基因组序列与我们测序组装的两个兜兰属物种建立系统发育树,得到的结果可以使我们更清楚地了解两个兰属物种在兰科植物中的系统发育位置。