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鸭跖草科（Commelinaceae）分类关系不明且历史生物地理学研究不足。研究人员组装 12 个鸭跖草科质体基因组并分析。结果表明其祖先起源于澳大利亚地区，明确了一些属的系统位置等。该研究为鸭跖草科系统修订奠定基础。
在神秘的植物王国里，鸭跖草科（Commelinaceae）植物如同隐藏着无数秘密的宝藏等待人们去挖掘。鸭跖草科是一个分布在热带和亚热带地区的单子叶植物家族，拥有约 36 属 810 种植物 。它们常常以多汁的草本形态示人，有着独特的花朵和茎部特征，像是清晨短暂绽放的花朵和分泌黏液的茎。然而，长期以来，这个家族内部的关系却如同迷雾一般难以捉摸。由于其形态变化多样，过去研究采样有限，仅仅依赖少量遗传位点或低分辨率测序，使得鸭跖草科各属间的亲缘关系始终模糊不清。同时，利用基因组数据对其历史生物地理学的探索也十分匮乏，这些问题就像一道道屏障，阻碍着人们对鸭跖草科植物的深入了解。
为了揭开这些谜团，来自韩国和英国的研究人员展开了一场科学探索之旅。韩国的研究团队来自 Gachon University 和 Korea National Arboretum，英国的研究人员来自 Royal Botanic Gardens, Kew。他们致力于解析鸭跖草科的奥秘，通过一系列研究，取得了令人瞩目的成果，相关论文发表在《BMC Plant Biology》上。
研究人员采用了多种关键技术方法来开展研究。首先是 Next-Generation 测序（NGS）技术，这一技术如同强大的基因解码器，帮助研究人员从植物样本中获取大量的基因数据。研究人员采集了新鲜的叶片材料，提取 DNA 后进行测序。其次是质体基因组组装和注释技术，利用 GetOrganelle toolkit 等工具对质体基因组进行组装，并通过 GeSeq 等进行注释，从而明确基因的组成和顺序。另外，研究人员还运用了系统发育分析技术，基于 79 个质体蛋白编码基因，采用最大简约法（MP）、最大似然法（ML）和贝叶斯推断（BI）等方法构建系统发育树，以此来确定鸭跖草科植物间的亲缘关系。
在研究结果方面：
- 质体基因组特征：新组装了 12 个质体基因组，发现鸭跖草亚科（Commelinoideae）中 accD 和 rpoA 基因存在小的插入缺失（indels），而 Cartonematoideae 亚科这两个基因完整。这一发现为研究基因进化提供了重要线索，表明不同亚科在基因层面存在差异，这些差异可能与它们的演化历程相关1。
- 比较质体基因组结构：分析发现质体蛋白编码区保守，非编码区变异大。在一些物种中还检测到倒位现象，如 Floscopa scandens 和 Spatholirion longifolium 等。同时，不同亚科和族在基因复制上存在差异，像 Commelinoideae 亚科有 rps19 基因重复，而 Cartonematoideae 亚科只有一个；Commelineae 族部分物种有 rpl22 基因重复。这些结构变化反映了鸭跖草科植物在进化过程中的多样性和复杂性2。
- 核苷酸多样性和相对同义密码子使用：计算得出蛋白编码基因、tRNA 和 rRNA 基因的核苷酸多样性（Pi）值。结果显示，蛋白编码基因 Pi 值平均为 0.0392，tRNA 和 rRNA 基因平均为 0.0071。此外，明确了相对同义密码子使用（RSCU）情况，发现亮氨酸（Leu）是最丰富的氨基酸，AUU 是使用最频繁的密码子。这些数据为研究鸭跖草科植物的遗传特征和进化压力提供了重要依据34。
- 系统发育关系：通过系统发育分析，研究人员清晰地界定了鸭跖草科内各属间的关系。比如，证实了 Cartonema 和 Triceratella 属的非单系性，明确了 Palisota 属的系统位置，支持将 Rhopalephora 归入 Aneilema 属等。这些结果为鸭跖草科的分类学修订提供了坚实的理论基础，使得植物分类更加准确和科学5。
- 分子 dating、祖先范围重建和多样化率：研究表明鸭跖草科大约在 104.77 百万年前（Mya）起源于澳大利亚地区，经历了多次洲际扩散事件。如从澳大利亚到埃塞俄比亚地区、从埃塞俄比亚到东方 + 古北区等。这些扩散事件深刻地影响了鸭跖草科的演化和分布，揭示了其复杂的生物地理历史67。
研究结论和讨论部分具有重要意义。研究人员通过质体基因组序列，捕捉到了如假基因化、倒位和 IR 收缩 / 扩张等遗传事件，这对于推断鸭跖草科的基因组进化至关重要。系统发育分析结果有力地支持了之前的分类学和系统学变化，并基于新发现提出了新的修订建议。同时，研究揭示了鸭跖草科比以往认为的更为复杂的生物地理历史，证实了其东冈瓦纳起源，明确了四个主要的洲际扩散事件。这些成果不仅极大地推动了对鸭跖草科基因组进化的理解，还为该科建立更稳定、更完善的分类体系迈出了关键的第一步，为后续研究鸭跖草科植物的演化路径和保护工作提供了重要的基础和方向。
