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Lagarosiphon属植物在非洲水生生态系统意义重大，但该属物种系统发育关系不明，分类鉴定困难。研究人员测定 3 种该属植物叶绿体基因组，发现其结构保守但长度有变化，明确了突变热点区域等。为该属研究提供了分子依据。
在神秘的非洲水域，生长着一群独特的水生植物 —— 水筛属（
Lagarosiphon）植物。它们如同水下精灵，在维持水体稳定、为水生生物提供栖息家园方面扮演着至关重要的角色。部分水筛属植物，比如大花水筛（
L. major），凭借其迷人的叶形，成为水族箱中的宠儿，被引入到欧洲、新西兰等地，在带来经济价值的同时，却也因强大的无性繁殖能力，摇身一变成为生物入侵的 “潜在威胁”，对当地生态系统造成了不小的冲击。
然而，围绕着水筛属植物，谜团重重。从分类学角度看，其物种鉴定主要依赖叶微观形态，但沉水植物的高表型可塑性使得这一方法困难重重；在进化研究领域，由于缺乏化石证据，仅靠形态数据根本无法理清物种间的关系。在分子研究层面，此前相关序列数据极度匮乏，虽有研究涉及水筛属，但大多浅尝辄止，未能深入探究其属内的系统发育关系和进化历程。因此，全面深入地研究水筛属植物迫在眉睫，这不仅有助于解决分类学上的难题，还能为生物入侵防控提供理论依据 。
为了揭开这些谜团，来自中国的研究人员勇挑重担，开展了一项极具意义的研究。研究人员对采自维也纳自然历史博物馆（Naturhistorisches Museum Wien）和柏林自由大学植物园及植物博物馆（Botanischer Garten und Botanisches Museum, Freie Universit?t Berlin）标本馆的 3 种水筛属植物（L. ilicifolius、L. muiscoides和L. cordofanus）展开研究。他们成功组装并比较了这 3 种植物的叶绿体基因组（plastome），并结合公共数据库中的数据，对水筛属进行了系统发育重建和进化历史分析。
研究取得了一系列令人瞩目的成果。在叶绿体基因组特征方面，3 种水筛属植物的叶绿体基因组长度在 160,677bp（L. cordofanus）到 166,362bp（L. muscoides）之间，均呈现典型的四分体结构，包含 113 个独特基因，包括 79 个蛋白质编码基因（PCGs）、30 个 tRNA 基因和 4 个 rRNA 基因 。同时，研究发现其叶绿体基因组虽整体保守，但长度存在显著变化，这很可能是由于分散重复序列的积累造成的。在序列变异研究中，研究人员惊喜地发现，基因间隔区的核苷酸多样性明显高于蛋白质编码基因。像ycf1、infA、rpl23-trnI-CAU和ycf1-ndhF等区域，更是被确定为突变热点区域，这意味着它们在未来的群体遗传学和系统发育研究中，有望成为重要的分子标记。
从系统发育和进化历史角度来看，系统发育基因组学分析强有力地支持水筛属为单系类群，其最近共同祖先（MRCA）大约出现在 2995 万年前。研究推测，该属在非洲的多样化发展，极有可能是对中新世快速的气候和地质变化的一种响应。
此项研究意义非凡，它首次为 3 种水筛属植物提供了完整的叶绿体基因组数据，填补了相关空白。通过比较基因组学分析，揭示了该属在叶绿体基因组结构、GC 含量和基因数量等方面的高度保守性。同时，明确的突变热点区域为后续深入开展群体遗传学和系统发育研究提供了关键靶点，为水筛属植物的分类学修订和进化研究筑牢了坚实的分子基础，也为应对该属植物可能引发的生物入侵问题提供了宝贵的基因组数据。该研究成果发表在《Aquatic Botany》上，为水生植物研究领域注入了新的活力。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：从标本中提取总基因组 DNA 时，采用了改良的 CTAB 法。之后，对提取的 DNA 进行测序，并成功组装出叶绿体基因组。此外，研究人员从公共数据库获取数据，运用系统发育分析方法，重建水筛属的系统发育树，追溯其进化历史。
研究结果主要包含以下几个方面：
- 叶绿体基因组特征：新生成的 3 种水筛属植物叶绿体基因组长度有差异，都具有典型的四分体结构，且基因组成相同。这表明水筛属植物在叶绿体基因组结构上较为保守。
- 序列变异分析：通过对基因间隔区和蛋白质编码基因的核苷酸多样性比较，确定了多个突变热点区域。这些区域的高多态性为后续相关研究提供了重要线索。
- 系统发育和进化历史：系统发育基因组学分析确定水筛属为单系类群，并估算出其最近共同祖先出现的时间，同时推测出属内多样化与地质气候变迁的关联。
综合研究结论和讨论部分，这项研究首次全面解析了水筛属植物的叶绿体基因组，明确了其基因组特征、序列变异情况以及系统发育和进化历史。研究发现的突变热点区域，为后续精准开展群体遗传学和系统发育研究提供了重要的分子标记；对进化历史的追溯，让人们对水筛属植物的起源和发展有了更深入的认识。这些成果不仅丰富了水生植物进化生物学的理论知识，还为水筛属植物的分类鉴定、生物入侵防控等实际应用提供了科学依据，对推动水生植物研究领域的发展具有重要意义。
