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为解决金粟兰科（Chloranthaceae）系统发育关系未完全解析、起源存在争议等问题，研究人员开展金粟兰科叶绿体基因组（plastome）演化及系统发育重建研究。结果揭示了其基因组特征等，支持劳亚古陆起源说。该研究为后续演化研究奠定基础。
在神秘的植物世界里，金粟兰科植物宛如隐藏在时光深处的古老宝藏。作为现存被子植物中最古老的谱系之一，它们不仅在传统医学领域有着重要价值，还承载着开花植物演化历史的关键线索。然而，长期以来，金粟兰科内部的系统发育关系如同迷雾，难以完全解析，其起源更是众说纷纭，引发了众多学者的激烈争论。为了揭开这些谜团，广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所的研究人员踏上了探索之旅，相关研究成果发表在《BMC Plant Biology》杂志上。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：选取 22 种金粟兰科植物进行样本采集，涵盖该科四个属。采用改良 CTAB 法提取植物叶片的总基因组 DNA，经 Illumina HiSeq 2500 平台测序获得大量数据。利用 Trimmomatric 软件去除低质量数据，GetOrganelle 等软件进行叶绿体基因组的组装与注释。运用多种软件对重复序列进行分析，并通过最大似然法（ML）和贝叶斯推断法（BI）构建系统发育树，结合现存物种分布和化石记录进行祖先区域重建。
金粟兰科叶绿体基因组特征
研究人员成功获取了 22 种金粟兰科植物的高质量叶绿体基因组数据。这些基因组均呈现典型的四分体结构，大小在 157,449bp（C. fortunei）至 159,218bp（H. brenesii）之间。各属植物的基因组存在一定差异，如多数 Chloranthus 物种的叶绿体基因组较短，而 Hedyosmum 物种的 IR 区域最长。基因数量方面，每个叶绿体基因组包含 113 个独特基因，部分基因存在内含子和重复现象，且 trnHGUG基因在部分 Hedyosmum 物种中发生了重复。在 IR 区域，不同物种间存在明显的收缩和扩张现象，这影响了基因的分布和数量。此外，通过对重复序列的分析发现，SSRs、分散重复序列和串联重复序列在不同物种间表现出不同的分布特征，且叶绿体基因组大小与 IR 长度和 SSR 数量呈正相关。
金粟兰科的系统发育关系
基于叶绿体基因组和 nrDNA（18S - ITS1 - 5.8S - ITS2 - 26S）数据构建的系统发育树，为金粟兰科的系统发育关系提供了有力的证据。叶绿体基因组构建的 ML 和 BI 树拓扑结构一致，清晰地揭示了各属内的种间关系。在 Chloranthus 属中，明确划分出两个主要分支；Hedyosmum 属同样分为两个分支，且 H. orientale 在叶绿体树中的位置与以往研究有所不同。与叶绿体树相比，nrDNA 数据构建的树在 Chloranthus 属内部分关系的支持度较低，且 H. orientale 在核树中的位置与叶绿体树存在差异，这可能与 nrDNA 的信息位点有限以及潜在的杂交事件有关。
金粟兰科的生物地理重建
通过整合现存物种分布数据和化石记录，研究人员运用多种生物地理模型进行祖先区域重建。结果表明，金粟兰科很可能起源于劳亚古陆，其祖先区域可能包括东亚 - 中美洲、东亚 - 欧洲、东亚 - 北美洲或仅东亚地区。随后，该科植物通过扩散事件，逐渐分布到欧洲、北美洲、南太平洋岛屿和印度次大陆等地，但向南极洲的扩散途径尚不明确。对于 Hedyosmum 属及其干群，其起源可能在中美洲或欧洲，欧洲起源的假说得到了最早的化石代表 Hedyflora 的支持。
综合研究结果和讨论，该研究首次全面地对金粟兰科的叶绿体基因组进行分析，为深入了解其演化过程提供了丰富的数据支持。研究揭示的叶绿体基因组特征、系统发育关系和生物地理历史，不仅解决了长期以来存在的一些争议，还为后续研究金粟兰科植物的进化、分类和保护提供了坚实的基础。同时，研究中发现的基因组变异与系统发育关系的联系，以及生物地理起源和扩散模式，为植物学领域的其他研究提供了重要的参考，有助于进一步揭示植物演化的奥秘。
