编辑推荐：
为明晰刺参属（Morina）叶绿体基因组结构特征及系统发育关系，研究人员测序分析了中华刺参（M. chinensis）和青海刺参（M. kokonorica）的叶绿体基因组。结果显示不同种间有差异，还明确了系统发育及分化时间，为刺参属资源利用和研究提供理论依据。
在植物的奇妙世界里，刺参属植物犹如一群独特的精灵，分布在我国甘肃、青海、四川、西藏等地。它们不仅具有药用价值，像中华刺参在治疗关节疼痛、尿失禁、眩晕等疾病方面展现出显著功效，还承载着植物进化的神秘密码。然而，目前对于刺参属在属级水平的系统进化关系研究相对较少，以往多聚焦于其化学成分分析。而且，关于刺参属的分类地位也存在诸多争议，在不同的分类系统中有不同的归类。为了揭开这些谜团，青海大学的研究人员勇挑重担，开展了一项深入的研究。
研究人员通过对中华刺参和青海刺参新鲜叶片进行基因组 DNA 提取，利用第二代测序技术，测定了它们的叶绿体基因组序列，并与其他已测序的刺参属物种进行比较分析。同时，运用多种生物信息学方法，构建系统发育树，估算分化时间，从而全面探究刺参属叶绿体基因组的奥秘。
研究结果如下：
- 测序结果统计：中华刺参和青海刺参测序数据的 Q30 值均大于 80%，GC 含量正常，平均覆盖深度分别为 2789.91x 和 7585.03x ，表明测序质量高、结果可靠。
- 叶绿体基因组特征：两种刺参的叶绿体基因组均呈典型的环状四分体结构，由一对反向重复序列（IR）、一个大单拷贝区（LSC）和一个小单拷贝区（SSC）组成。中华刺参基因组全长 154,914bp，青海刺参为 155,034bp ，二者 GC 含量分别为 38.52% 和 38.51%。它们均含有 129 个注释基因，包括 84 个蛋白编码基因、37 个 tRNA 基因和 8 个 rRNA 基因。
- 重复序列和密码子使用偏好：在四个刺参属叶绿体基因组中，共鉴定出 280 个简单序列重复（SSR），主要为单核苷酸重复。密码子使用偏好分析显示，密码子 RSCU 值大于 1 的多以 A/T 结尾，且四个物种间 RSCU 值无显著差异，体现了叶绿体基因组的保守性。
- 序列差异：通过对八个叶绿体基因组边界结构的比较，发现不同刺参属物种的 rpl23 和 ycf1 基因位置存在差异。以中华刺参为参考进行序列比对，结果表明编码区比非编码区更保守，IR 区比单拷贝区更稳定。
- 系统发育关系：基于最大似然法（ML）和贝叶斯推断（BI）构建的系统发育树显示，刺参亚科（Morinoideae）是独立于川续断亚科（Dipsacoideae）的分支，且与北极花亚科（Linnaeoideae）关系更近。在刺参属内，中华刺参与青海刺参关系更近，长柱刺参（M. longifolia）与其他三种刺参关系较远。
- 分化时间估算：运用 MCMCtree 算法估算分化时间，结果显示刺参亚科与北极花亚科的分化时间约为 67.28Ma，与川续断亚科的分化时间约为 72.58Ma。在刺参属内，青海刺参与中华刺参在 2.91Ma 分化，长柱刺参与其他三种刺参在 9.47Ma 分化。
研究结论与讨论部分指出，刺参属叶绿体基因组长度在 155,034bp - 157,149bp 之间，长柱刺参的基因组最长，其单拷贝区变异较大，可能经历了更大的分化。研究还验证了刺参亚科与川续断亚科的分类地位，以及刺参属植物的分化与喜马拉雅山脉隆起和特提斯海退缩相关的观点。这一研究成果不仅有助于深入理解刺参属植物叶绿体基因组的进化动态，还为该属植物的物种分化和适应性进化提供了重要线索，对刺参属植物资源的开发利用以及后续种群遗传学和遗传多样性研究奠定了坚实的科学基础。该研究成果发表在《Scientific Reports》上，为植物学领域的发展添砖加瓦。
研究人员在开展研究时，主要运用了以下关键技术方法：首先是 DNA 测序技术，从中华刺参和青海刺参新鲜叶片提取基因组 DNA，构建测序文库后在 Illumina NovaSeq 平台进行测序；其次是基因组组装和注释技术，分别使用 NOVOPlasty 和 SPAdes 软件进行叶绿体基因组组装，通过 GeSeq 网站和 Sequin 软件进行注释；最后利用多种生物信息学工具，如 MAFFT、MrBayes、IQ - TREE、ModelFinder、PAML 等进行序列比对、模型选择、系统发育树构建和分化时间估算。
