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为解析铃兰亚科（Convallarioideae）叶绿体基因组结构演化及系统发育关系，研究人员对 34 种该亚科植物及 1 种天门冬亚科植物的叶绿体全基因组测序。发现其具保守四分体结构，但基因组大小、SSR 等存在差异，且系统发育显示 Polygonateae 非单系，为该亚科进化研究提供新视角。
在植物系统进化的研究版图中，铃兰亚科（Convallarioideae）宛如一块复杂而神秘的拼图。作为天门冬科（Asparagaceae）中形态高度多样化的类群，其下辖约 23 属 600 种，广泛分布于全球不同生境。然而，长期以来该亚科的分类地位和系统发育关系一直困扰着研究者 —— 传统分类中，其成员曾被归入不同科属，如广义假叶树科（Ruscaceae sensu lato）或铃兰科（Convallariaceae sensu lato），且基于有限分子数据的研究始终未能明确其内部深层分支关系。更关键的是，该亚科叶绿体基因组数据的匮乏，使得基因组结构演化规律与系统发育信号之间的关联机制难以阐明。
为填补这一研究空白，吉首大学湖南省武陵山片区生态保护与资源利用重点实验室的研究人员联合史密森尼学会国家自然历史博物馆的学者，开展了一项基于大规模叶绿体基因组数据的综合性研究。他们对铃兰亚科 7 个部落、2 个孤立属（Theropogon 和 Comospermum）共 34 种植物，以及天门冬亚科（Asparagoideae）1 种植物（Asparagus nelsii）的叶绿体全基因组进行测序和分析，相关成果发表于《BMC Plant Biology》。
研究采用了高通量测序、基因组组装与注释、比较基因组学及系统发育分析等关键技术。具体包括：利用 Illumina Hiseq 2000 平台进行全基因组测序，通过 GetOrganelle 软件组装叶绿体基因组，借助 GeSeq 和 Geneious 进行注释与边界校正；运用 REPuter 和 MISA 检测重复序列，通过 mVISTA 和 DnaSP 分析基因组变异；基于最大似然法（ML）和贝叶斯推断（BI）构建系统发育树，结合蛋白编码基因（PCG）和全叶绿体基因组序列（CGS）数据解析进化关系。
叶绿体基因组结构特征
研究发现，铃兰亚科叶绿体基因组均呈现典型的四分体结构，包含大单拷贝区（LSC）、小单拷贝区（SSC）和一对反向重复区（IR），基因总数稳定为 137 个（87 个 PCG、38 个 tRNA 和 8 个 rRNA），仅假叶树属（Ruscus）缺失 rps16 基因。基因组大小变异范围为 153,882-157,193 bp，主要源于 LSC 区域长度变化（差异超 2600 bp），而 IR 和 SSC 区域波动较小。重复序列分析显示，回文重复（1209 个）为最常见类型，简单序列重复（SSR）以单核苷酸重复为主（1420 个）。
基因组变异与选择压力
通过核苷酸多样性分析，鉴定出 9 个高变区，包括 3 个编码区（trnS-GCU、petD、infA，Pi>0.03）和 6 个非编码区（如 psbI-trnS-GCU、rps15-ycf1，Pi>0.05），这些区域可作为潜在的分子标记。正向选择分析表明，9 个 PCG（如 infA、matK、rpl14）的 Ka/Ks>1，提示其在适应进化中发挥关键作用。密码子使用偏性分析显示，亮氨酸（Leu）为最常见氨基酸，31 个密码子存在偏性（RSCU>1），且多以 A/U 结尾。
系统发育关系解析
基于 CGS 和 PCG 数据的系统发育树均显示，粉条儿菜族（Eriospermeae）为亚科基部分支，木本的龙血树族（Dracaeneae）与假叶树族（Rusceae）聚为一支，构成第二分支。核心类群进一步分化为四个分支：梅叶冬青族（Maianthemum clade）与诺林族（Nolineae）、沿阶草族（Ophiopogoneae）聚为一支；黄精 - 假万寿竹支系（Polygonatum-Disporopsis clade）独立成支；铃兰族（Convallarieae）与 Comospermum 形成姐妹群；Theropogon 单独分化。值得注意的是，传统分类中的黄精族（Polygonateae）呈现非单系性，梅叶冬青属（Maianthemum）与黄精属（Polygonatum）- 假万寿竹属（Disporopsis）支系分属不同进化分支。
基因组大小演化机制
比较分析发现，龙血树族、假叶树族及黄精 - 假万寿竹支系的基因组大小显著小于粉条儿菜（Eriospermum mackenii）。结构变异分析表明，LSC 区域的插入 / 缺失（Indels）是导致基因组长度差异的主要原因，而 IR 区域边界变化影响有限。假叶树属（Ruscus）的 rps16 基因丢失与其耐阴生境适应相关，揭示了基因精简与生态策略的关联。
这项研究首次基于大规模叶绿体基因组数据，系统解析了铃兰亚科的基因组结构保守性与变异模式，澄清了其系统发育关系中的争议点，如黄精族的非单系性及 Comospermum 与铃兰族的姐妹群关系。研究结果不仅为该亚科的分类修订和进化研究提供了关键分子证据，也揭示了 LSC 区域 Indels 和基因丢失在基因组大小演化中的驱动作用，为理解被子植物叶绿体基因组的动态进化机制提供了新范例。
