在生命科学与医药研究领域，玄参科植物一直备受关注。其丰富的生物多样性和多样的药理活性，使其在传统医药中占据重要地位。然而，玄参科植物形态相似、进化关系复杂，物种鉴定与分类困难，基础研究的不足制约着该科植物的进一步应用与发展。随着科技的进步，对玄参科植物的研究不断深入，尤其是在叶绿体基因组研究方面取得了一系列重要成果，为揭示玄参科植物的奥秘提供了新的视角和依据。

  一、玄参叶绿体基因组数据获取与分析方法

  《2025-2030年中国玄参行业市场深度研究及发展前景投资可行性分析报告》研究选取湖北玄参的两个栽培种作为实验材料，分别由湖北省农业科学院中药材研究所和五峰博翎种业有限公司基地提供。将叶片带回实验室处理后，使用试剂盒提取玄参叶片总 DNA，并通过多种检测手段确保 DNA 的质量和纯度。之后利用特定试剂盒制备 DNA 文库，经超声破碎、末端修复、添加 A 尾和测序接头、纯化及 PCR 扩增等一系列操作，最后在 IlluminaNovaSeq PE150 平台进行测序，每个样本测序量不少于 5Gb。同时，从 NCBI 数据库下载 46 条玄参科植物叶绿体基因组序列，与新测序数据共同构成研究基础。

  在叶绿体基因组组装和注释环节，运用 fastp 软件过滤原始数据，通过 GetOrganelle 软件进行组装，并利用多种工具对组装序列进行验证和误差校正。以特定参考序列为基础，先后使用 GeSeq、CPGAVAS2 和 ORF Finder 进行注释和检查，最终得到准确的玄参叶绿体基因组注释结果。在系统发育分析中，以木樨科的两种植物作为外类群，从 GenBank 上已发表的 46 个玄参属叶绿体基因组中提取 82 个共有蛋白编码基因，经比对、优化、修剪后，使用 PhyloSuite 和 IQTREE 构建系统发育树，并进行美化处理。此外，还运用多种工具和方法对叶绿体基因组进行比较分析，包括共线性分析、边界信息分析、重复序列分析等，以全面探究玄参科叶绿体基因组的特征。

  二、玄参科叶绿体基因组基本特征剖析

  对 48 个玄参科叶绿体基因组进行分析，其大小在 142336bp(E. maculata subsp. Brevifolia OL977702.1)至 154710bp(Buddleja sessilifolia MH411151.1)之间，均呈现典型的四分体结构，包含两个反向重复区(IR)、一个大单拷贝区(LSC)和一个小单拷贝区(SSC)。IR 区长度为 13497 - 25695bp，LSC 和 SSC 长度分别为 83531 - 97103bp 和 17375 - 18600bp，GC 含量在 37.7% - 38.1%。其中，两个湖北玄参栽培种的叶绿体基因组大小均为 153175bp，GC 含量为 37.99%，各分区长度也有明确数据。

  基因注释结果显示，玄参科叶绿体基因组共有 112 - 115 个基因，涵盖 80 个单拷贝蛋白编码基因、28 - 31 个 tRNA 和 4 个 rRNA。部分基因含有内含子，如 rps12 和 ycf3 基因含有 2 个内含子，多个其他基因各含有 1 个内含子，部分转运氨基酸的基因也含有内含子。这些基因组成和结构特征，反映了玄参科植物叶绿体基因组的复杂性和独特性。

  三、玄参科物种系统发育关系探究

  基于玄参科叶绿体基因组共有的 82 个蛋白编码基因序列，利用最大似然法构建系统发育树，结果显示玄参科主要分成 3 个主要分支。第一个分支包含虾子草属，该属在一些研究中被归为透骨草科;第二个分支包括玉芙蓉属、假瑞香属、喜沙木属、海茵芋属和白雀舌属;第三个分支包括醉鱼草属、毛蕊花属和玄参属。除海茵芋属外，其他属均聚集在单独分支且支持值较高。玄参属与毛蕊花属聚在一个分支，玄参属又主要分成两大分支，本研究测序的两个湖北地区玄参的叶绿体基因组与已发表的玄参聚在一个小分支，支持率为 100%。

  与单基因构建的系统进化树相比，全叶绿体基因组构建的进化树分辨率更高。利用 atpB、matK 和 rbcL 基因的核酸序列构建最大似然树，发现不同属的聚类情况存在差异，这表明利用单基因进行玄参科系统发育具有局限性，而全叶绿体基因组系统发育树能更准确地体现物种间或物种内的遗传进化关系。

  四、玄参科叶绿体基因组成与结构比较

  对玄参科和外类群木犀科叶绿体基因组基因进行比较，发现多个蛋白编码基因存在获得与缺失现象。在玄参科 48 个物种中，虽都存在 80 个单拷贝蛋白编码基因，但部分基因在不同属中的拷贝数有差异。例如，玄参属中除个别物种外，ycf1 基因仅有一个拷贝且存在假基因;部分属缺少 ycf1 的拷贝基因，Myoporeae 族各属基因的获得与缺失情况更为复杂。

  通过对 9 个代表性玄参科物种叶绿体基因组进行共线性比对，发现玄参科物种叶绿体基因组共线性较一致，SSC 和 LSC 区域的共线性优于 IR 区域。进一步分析发现，所有物种基因顺序基本相同，但存在 3 个微小差异。利用 IRscope 比较分析叶绿体基因组不同区域边界的收缩与扩张现象，在不同边界处，各物种的基因分布存在差异。

  五、玄参科叶绿体基因组重复序列与密码子偏好性研究

  使用 REPuter 工具识别玄参科代表物种叶绿体基因组中的重复序列，结果显示大多数是正向重复和回文重复。正向重复序列数量为 15 - 30 个，反向重复序列为 1 - 4 个，回文重复序列为 20 - 40 个，互补重复序列仅在个别物种中有少量存在。利用 MISA 预测微卫星重复序列，分析发现玄参科代表物种叶绿体基因组中 SSR 位点以单核苷酸重复序列为主，共鉴定到 117 - 156 个 SSR 位点，单核苷酸类型占比高达 88.80% - 94.40%，且大多数单核苷酸 SSR 是 A/T 重复序列，平均占比约为 88.74%。SSR 位点在 LSC 区域数量最多，在基因区内主要位于基因间隔区，rps12 基因上的 SSR 位点数量最多。

  提取每个叶绿体基因中全部蛋白质编码基因进行连接分析密码子使用情况，在所有叶绿体中，编码 Ile 的 AUU 密码子数量最多，编码 His 的密码子 CAC 数量最少。根据高低表达库中密码子的 RSCU 值和∆RSCU 值，确定了 25 个最优密码子，其中 19 个以 A/U 结尾，表明玄参科物种叶绿体密码子倾向于以 A/U 结尾。此外，还发现了多个高频密码子和高表达密码子，为玄参科植物叶绿体基因组基因工程研究及密码子偏好性优化提供了参考。

  六、玄参科物种分化时间确定

  通过 PAML 软件中的 mcmctree 分析玄参科及外类群木樨科物种共有的 82 个叶绿体蛋白编码基因，估算玄参科物种的分化时间。结果表明，玄参科的共同祖先在大约 70.5MYA 和木樨科分开，在大约 52.4MYA 形成一个单系分支。在玄参科中，醉鱼草属、毛蕊花属和玄参属与其他属物种在 49.5MYA 分开，各属的共同祖先形成时间也各不相同，玄参大约在 5.4MYA 前和北玄参分开，并在近几个百万年内分化为不同株系，大部分玄参科物种出现在近 50MYA 以内。

  综上所述，2025年在玄参行业技术研究中，通过对玄参科植物叶绿体基因组的深入研究，构建了更精细的系统发育树，揭示了基因获得与丢失的进化模式，明确了基因组的保守性与重排事件，确定了物种的分化时间。这些研究成果为进一步探究玄参科植物的系统进化、环境适应性以及品种遗传改良提供了重要的理论基础和基因资源，有助于推动玄参科植物在医药等领域的应用与发展。