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荷包牡丹亚科（Subfam.Fumarioideae）,隶属于毛茛目（Ranunculales）广义罂粟科（Papaveraceae s.l.）,全世界已记载20属,650余种,主要分布在北温带地区。荷包牡丹亚科植物形态复杂多变,是研究类群间进化关系的理想类群。前人对荷包牡丹亚科物种的研究多基于形态学和基因片段,并未从属级水平上利用质体基因组去解释和探讨物种间的进化关系。此外,角茴香属的系统位置和紫堇属大叶紫堇的原始性也一直存在争议。质体基因组相对保守,含有丰富的遗传信息及适中的核苷酸置换率已成为研究类群间系统和进化的重要工具。本研究对荷包牡丹亚科6属11个物种质体基因组进行组装和注释,在解析基本结构特征的基础上进行比较基因组学分析,旨在揭示荷包牡丹亚科中具有支系特异性的结构变异的式样及其进化意义;利用最大似然法（ML）和贝叶斯法（BI）探讨具有争议的类群角茴香属的系统位置。此外,对紫堇属大叶紫堇和灰绿黄堇进行结构特征比较和系统发育分析,为紫堇属的系统位置争论提供新认识。最后,本研究也基于形态特征和标本检查描述紫堇属一新种,主要研究结果如下:1.荷包牡丹亚科质体基因组结构及系统发育分析荷包牡丹亚科6属10个物种的质体基因组均呈典型的被子植物四分体结构。（1）各物种的质体基因组总大小和IR区域长度均高于其他被子植物平均值（＞13 kb）,而SSC区域则相反（＜7kb）;GC含量和重复序列显著增加;共编码106-113个不同的基因;（2）基于共线性结构比较发现荷包牡丹亚科质体基因组中存在大量的结构重排,包括10个位于LSC区域和1个位于IR区域的不同尺度（1-17kb）的移位和倒位、3种类型的IR扩张（＞12kb）（IRA、IRB及IRA+IRB）、16个基因丢失或假基因化（11个ndh基因,accD,clpP,infA,rpl32及trnV-UAC基因）及2个tRNA基因复制（trnT-UGU和trnfM-CAU）;（3）核苷酸替代速率分析结果显示大多数蛋白质编码基因的Ka/Ks都小于1,受纯化选择,仅有5个基因的Ka/Ks比值大于1,受到正选择,分别是psaⅠ,rpl23,rpl36,rps7和matK,且主要集中在rpl和rps基因家族;（4）系统发育分析结果显示,荷包牡丹亚科是一单系群,角茴香属是荷包牡丹亚科分支的基部类群,是荷包牡丹亚科其余类群的姐妹。此外,基于共线性比对和核苷酸多态性位点（Pi）筛选了一些具有较高变异水平的区域,包括基因间区,如 rps1 6-trnV-UAC,trnH-GUG-ycf1,rps1 5-ycf1,psaⅠ-rbcL,atpF-atpH,rps16-trnQ-UUG及一些基因区,如rps16,rpl22 及 rps18 等,可作为潜在的DNA分子标记用于荷包牡丹亚科甚至更高分类等级的物种鉴定及系统发育研究。2.紫堇属大叶紫堇的系统位置分析新测序和组装的大叶紫堇叶绿体基因组为四分体环状结构。基于叶绿体基因组数据集构建的系统发育树显示,紫堇属中最原始的类群可能不是大叶紫堇组中的大叶紫堇C.temulifolia,直茎黄堇组所代表的类群灰绿黄堇C.adunca（PP=1.00,BS=100）处于基部,比大叶紫堇原始。基于详细叶绿体结构比较分析发现,（1）大叶紫堇和灰绿黄堇的IR区域发生一致倒位（～14 kb,ndhB-trnR-ACG）,而大叶紫堇的LSC区域单独发生一个约5 kb的倒位和移位（trnV-UAC-rbcL）;（2）IR区域均发生显著扩张（＞10 kb）,SSC区域相应收缩;（3）accD基因在大叶紫堇和灰绿黄堇中均丢失,7个ndh基因在灰绿黄堇中丢失或假基因化;（4）大叶紫堇的重复序列数多于灰绿黄堇;（5）核苷酸替代速率分析结果显示,大叶紫堇中有两个基因受到正选择,分别是psaⅠ（2.67）和rps7（0.36）,而灰绿黄堇中有4个基因受到正选择,分别是 psaⅠ（1.06）,rpl23（1.07）,rpl36（2.06）和 rps7（1.65）。3.紫堇属一新种报道了分布于中国陕西省的一个紫堇属新分类群,即陕南紫堇C.austroshaanxiensis。《Flora of China》在发表假刻叶紫堇C.pseudoincisa C.Y.Wu,Z.Y.Su＆Liden时,依据的是其主模式产地陕西眉县的标本和副模式产地甘肃天水及陕西宁陕县的标本,而据我们多次野外居群观察发现,前人误将分布于宁陕地区的较为稳定的原本属于陕南紫堇的形态特征（如外花瓣顶端微凹、背部具冠、下部花梗显著延长、下花瓣背面基部有一线状红丝带等）认为是假刻叶紫堇的形态变异幅度范围。综上所述,本研究主要解析了荷包牡丹亚科6属共11个物种的质体基因组结构。通过结构比较分析,发现相比罂粟亚科及其他被子植物,荷包牡丹亚科中存在大量的结构重排,该结果对于理解荷包牡丹亚科物种的系统与进化历史具有重要意义。对同源基因的受选择压力情况进行分析,发现受到正选择的基因主要是rpl和rps基因家族,为进一步研究相关基因的表达与调控及物种适应和物种形成等方面提供资料。最后,也基于同源蛋白质编码基因数据集构建了荷包牡丹亚科及其近缘类群的系统发育树,为进一步厘清角茴香属和紫堇属大叶紫堇的系统位置提供支撑,也为荷包牡丹亚科植物的分类学、进化生物学及生物地理等方面的研究提供质体基因组证据和有价值的遗传信息。