千里木属(Dendrosenecio)隶属菊科(Asteraceae),为世界最著名的高山植物类群之一,包括11个物种和5个亚种。该属植物特有分布于东非高山地区。千里木属中除了 3个物种外,其余每个物种/亚种都特有分布于一座高山。长期以来,虽然研究学者们一直高度关注这一类群,但其辐射进化模式及其属下系统发育关系却一直存在争议。由于缺乏有效的分子标记来揭示其属内系统发育关系,该类群的分类处理至今未能很好解决。与此同时,东非高山地区作为生物多样性热点地区之一,其具有许多孤立的山脉及大量的特有物种,由于缺乏合适的研究模型及基于化石校正的分子钟方面的研究还十分有限,目前对其东非高山植物区域性的辐射分化模式仍知之甚少,因此千里木属植物的独特分布模式能为揭示东非高山植物的分化历史和扩散模式等提供理想的研究模型。本研究对千里木属46个植物个体(包括11个种和5个亚种)的叶绿体全基因组进行了测序、组装及分析,并利用叶绿体全基因组序列重建了该属植物的系统发育关系;同时,利用该系统发育关系并化石信息,估算了该属植物的起源与分化时间,并推断了其当前生物地理模式形成的历史原因。本研究的主要结果如下:(1)叶绿体基因组测序、组装、注释结果显示该属植物的叶绿体基因组大小变化范围在150,454 bp到150,606 bp。叶绿体基因组主要有四个部分组成,包括一个大的单拷贝区(83,401-83,465 bp),一个小的单拷贝区(17,605-17,775 bp)和一对重复区(24,686-24,691 bp)。不同物种其叶绿体全基因组在结构、基因组成、重复序列及密码子偏好性都具有高度的相似。叶绿体基因组共编码113个基因,其中79个蛋白质编码基因,30个转运RNA及4个核糖体RNA基因。在这79个共享的蛋白编码基因中,只有33个表现出多态性,且主要为单核苷酸突变,只有在ycf1,rpoC2及psbT基因中检测到了插入/缺失。基因的进化分析显示大多数基因都受到中性选择作用。此外,在该属中还鉴定出76个独特的微卫星和65个长分散重复序列。(2)系统发育基因组学分析发现千里木属植物可以分为两个具有较高支持度的分支,其中一分支包括所有分布在坦桑尼亚境内的类群,而另一分支则包括来自肯尼亚和乌干达的类群;分化时间估算及生物地理学分析结果显示,千里木属很可能在 2.3 个百万年(highest posterior density 95%:0.7708,4.3955)前起源于坦桑尼亚北部的乞力马扎罗山,随后扩散到肯尼亚高山进行快速分化,并后续进入乌干达境内。更新世的气候振荡、多次的长距离扩散及地理隔离事件,并伴随着不同区域(地理及海拔)的物种形成等很可能是促使千里木属植物辐射分化及物种形成的主要驱动力。本研究揭示了这一著名高山植物类群的进化历史,也提供了更稳定且支持度较高的的系统发育关系,同时本研究认为组学数据可以提供更多的信息位点,对解决千里木属植物的系统发育问题至关重要。本研究为今后进一步揭示非洲高山植物的物种形成及现代地理分布格局的历史成因奠定基础。