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为探究杓兰属（Cypripedium）植物的系统发育关系等问题，研究人员对大花杓兰（C. macranthos）、斑花杓兰（C. × ventricosum）和山西杓兰（C. shanxiense）进行叶绿体基因组测序与分析。结果支持斑花杓兰是大花杓兰和欧洲杓兰（C. calceolus）杂交种的观点，为相关研究提供重要信息。
在神奇的植物王国里，有这样一群美丽而珍稀的植物 —— 杓兰。大花杓兰、斑花杓兰和山西杓兰，它们不仅花朵形态独特、色彩斑斓，具有极高的观赏价值，还在生态系统中扮演着重要角色。然而，近年来，这些野生杓兰却面临着严峻的生存挑战。由于栖息地丧失、自身繁殖困难，再加上人们为了园艺观赏和药用目的过度采集，它们的数量急剧减少，逐渐走向濒危的边缘。
与此同时，在对杓兰的研究领域，也存在诸多尚未解决的问题。比如，关于斑花杓兰的身世，虽然人们猜测它是大花杓兰和欧洲杓兰的自然杂交种，但一直缺乏足够的分子证据来证实这一猜想。而且，之前有关大花杓兰叶绿体基因组的研究，由于样本采集地与该物种实际栖息地不符，导致其叶绿体基因组的准确性受到质疑。为了深入了解这些濒危杓兰的遗传背景、系统发育关系，为它们的保护和合理利用提供科学依据，中国林业科学研究院的研究人员开展了一项极具意义的研究。
研究人员从大花杓兰、斑花杓兰和山西杓兰的原生分布地采集新鲜叶片样本，随后运用多种先进的实验技术对这些样本进行分析。他们利用 DNA 提取试剂盒提取样本的总 DNA，通过特定的测序文库构建方法，在 Illumina Novaseq 6000 测序平台上进行测序，获取了大量的基因数据。之后，运用一系列生物信息学工具，如 Fastp、Bowtie2、GetOrganelle 等对测序数据进行处理、拼接和注释，成功获得了这三种杓兰最新的完整叶绿体基因组序列。在此基础上，研究人员进一步开展系统发育分析，通过构建系统发育树来探究它们与其他相关物种的亲缘关系。
经过深入研究，研究人员取得了一系列重要成果。
叶绿体基因组的组装与注释：大花杓兰的叶绿体基因组长度为 181,030bp，包含 131 个基因，总 GC 含量为 34.56%；斑花杓兰的叶绿体基因组长度为 175,385bp，同样含有 131 个基因，GC 含量为 34.48%；山西杓兰的叶绿体基因组长度为 177,627bp，有 133 个基因，GC 含量是 34.42% 。这些数据为深入了解它们的基因组成和功能提供了基础。
系统发育分析：基于叶绿体基因组序列和内部转录间隔区（ITS）序列构建的系统发育树显示，同一属的物种聚集在同一分支上，不同属的物种则明显分开。研究发现，斑花杓兰与欧洲杓兰的亲缘关系最为密切，并且位于欧洲杓兰和大花杓兰的分支之间，这一结果有力地支持了斑花杓兰是大花杓兰和欧洲杓兰杂交后代的观点。同时，之前研究中报道的大花杓兰叶绿体基因组（KF925434）在系统发育树中并未与其他杓兰属物种处于同一分支，表明其可能存在样本不纯等问题。
基因组结构分析：通过对叶绿体基因组序列的比对和分析发现，大花杓兰、斑花杓兰和山西杓兰的叶绿体基因组在结构上具有较高的保守性，但非编码区的变异程度高于编码区，且多数高突变区域位于保守非编码序列（CNS）内。此外，对不同物种的 IR 边界和共线性分析显示，除之前报道的大花杓兰（KF925434）外，其他几种杓兰在 IR 边界相对保守，且均未发生基因组重排或倒位现象。
在研究结论与讨论部分，此次研究为杓兰属植物的研究提供了多方面的重要信息。从分子生物学角度证实了斑花杓兰是大花杓兰和欧洲杓兰的杂交种，完善了人们对杓兰属植物遗传关系的认知。同时，纠正了之前大花杓兰叶绿体基因组可能存在的错误，为后续准确研究大花杓兰的遗传特性奠定了基础。此外，这些可靠的叶绿体基因组数据对于准确、快速鉴定大花杓兰、斑花杓兰和山西杓兰物种，科学划分它们的亲缘关系，深入探究遗传进化机制具有重要的理论支持作用。在实际应用方面，也有助于培育高质量的种质资源，对保护这些濒危野生植物资源意义重大。此次研究成果发表在《Scientific Reports》上，为植物学领域的相关研究开辟了新的思路和方向，为未来更好地保护和利用杓兰属植物提供了坚实的科学依据。
研究人员开展这项研究主要运用了以下关键技术方法：首先是样本采集技术，从大花杓兰、斑花杓兰和山西杓兰的原生地采集新鲜叶片样本；其次是基因组测序技术，包括 DNA 提取、测序文库构建和高通量测序；然后是生物信息学分析技术，如利用多种软件对测序数据进行质量控制、拼接、注释以及构建系统发育树等，以探究物种间的亲缘关系和基因组结构特征。
