在生命科學與醫藥研究領域，玄參科植物一直備受關注。其豐富的生物多樣性和多樣的藥理活性，使其在傳統醫藥中占據重要地位。然而，玄參科植物形態相似、進化關係複雜，物種鑑定與分類困難，基礎研究的不足制約著該科植物的進一步應用與發展。隨著科技的進步，對玄參科植物的研究不斷深入，尤其是在葉綠體基因組研究方面取得了一系列重要成果，為揭示玄參科植物的奧秘提供了新的視角和依據。

  一、玄參葉綠體基因組數據獲取與分析方法

  《2025-2030年中國玄參行業市場深度研究及發展前景投資可行性分析報告》研究選取湖北玄參的兩個栽培種作為實驗材料，分別由湖北省農業科學院中藥材研究所和五峰博翎種業有限公司基地提供。將葉片帶回實驗室處理後，使用試劑盒提取玄參葉片總 DNA，並通過多種檢測手段確保 DNA 的質量和純度。之後利用特定試劑盒製備 DNA 文庫，經超聲破碎、末端修復、添加 A 尾和測序接頭、純化及 PCR 擴增等一系列操作，最後在 IlluminaNovaSeq PE150 平台進行測序，每個樣本測序量不少於 5Gb。同時，從 NCBI 資料庫下載 46 條玄參科植物葉綠體基因組序列，與新測序數據共同構成研究基礎。

  在葉綠體基因組組裝和注釋環節，運用 fastp 軟體過濾原始數據，通過 GetOrganelle 軟體進行組裝，並利用多種工具對組裝序列進行驗證和誤差校正。以特定參考序列為基礎，先後使用 GeSeq、CPGAVAS2 和 ORF Finder 進行注釋和檢查，最終得到準確的玄參葉綠體基因組注釋結果。在系統發育分析中，以木樨科的兩種植物作為外類群，從 GenBank 上已發表的 46 個玄參屬葉綠體基因組中提取 82 個共有蛋白編碼基因，經比對、優化、修剪後，使用 PhyloSuite 和 IQTREE 構建系統發育樹，並進行美化處理。此外，還運用多種工具和方法對葉綠體基因組進行比較分析，包括共線性分析、邊界信息分析、重複序列分析等，以全面探究玄參科葉綠體基因組的特徵。

  二、玄參科葉綠體基因組基本特徵剖析

  對 48 個玄參科葉綠體基因組進行分析，其大小在 142336bp(E. maculata subsp. Brevifolia OL977702.1)至 154710bp(Buddleja sessilifolia MH411151.1)之間，均呈現典型的四分體結構，包含兩個反向重複區(IR)、一個大單拷貝區(LSC)和一個小單拷貝區(SSC)。IR 區長度為 13497 - 25695bp，LSC 和 SSC 長度分別為 83531 - 97103bp 和 17375 - 18600bp，GC 含量在 37.7% - 38.1%。其中，兩個湖北玄參栽培種的葉綠體基因組大小均為 153175bp，GC 含量為 37.99%，各分區長度也有明確數據。

  基因注釋結果顯示，玄參科葉綠體基因組共有 112 - 115 個基因，涵蓋 80 個單拷貝蛋白編碼基因、28 - 31 個 tRNA 和 4 個 rRNA。部分基因含有內含子，如 rps12 和 ycf3 基因含有 2 個內含子，多個其他基因各含有 1 個內含子，部分轉運胺基酸的基因也含有內含子。這些基因組成和結構特徵，反映了玄參科植物葉綠體基因組的複雜性和獨特性。

  三、玄參科物種系統發育關係探究

  基於玄參科葉綠體基因組共有的 82 個蛋白編碼基因序列，利用最大似然法構建系統發育樹，結果顯示玄參科主要分成 3 個主要分支。第一個分支包含蝦子草屬，該屬在一些研究中被歸為透骨草科;第二個分支包括玉芙蓉屬、假瑞香屬、喜沙木屬、海茵芋屬和白雀舌屬;第三個分支包括醉魚草屬、毛蕊花屬和玄參屬。除海茵芋屬外，其他屬均聚集在單獨分支且支持值較高。玄參屬與毛蕊花屬聚在一個分支，玄參屬又主要分成兩大分支，本研究測序的兩個湖北地區玄參的葉綠體基因組與已發表的玄參聚在一個小分支，支持率為 100%。

  與單基因構建的系統進化樹相比，全葉綠體基因組構建的進化樹解析度更高。利用 atpB、matK 和 rbcL 基因的核酸序列構建最大似然樹，發現不同屬的聚類情況存在差異，這表明利用單基因進行玄參科系統發育具有局限性，而全葉綠體基因組系統發育樹能更準確地體現物種間或物種內的遺傳進化關係。

  四、玄參科葉綠體基因組成與結構比較

  對玄參科和外類群木犀科葉綠體基因組基因進行比較，發現多個蛋白編碼基因存在獲得與缺失現象。在玄參科 48 個物種中，雖都存在 80 個單拷貝蛋白編碼基因，但部分基因在不同屬中的拷貝數有差異。例如，玄參屬中除個別物種外，ycf1 基因僅有一個拷貝且存在假基因;部分屬缺少 ycf1 的拷貝基因，Myoporeae 族各屬基因的獲得與缺失情況更為複雜。

  通過對 9 個代表性玄參科物種葉綠體基因組進行共線性比對，發現玄參科物種葉綠體基因組共線性較一致，SSC 和 LSC 區域的共線性優於 IR 區域。進一步分析發現，所有物種基因順序基本相同，但存在 3 個微小差異。利用 IRscope 比較分析葉綠體基因組不同區域邊界的收縮與擴張現象，在不同邊界處，各物種的基因分布存在差異。

  五、玄參科葉綠體基因組重複序列與密碼子偏好性研究

  使用 REPuter 工具識別玄參科代表物種葉綠體基因組中的重複序列，結果顯示大多數是正向重複和回文重複。正向重複序列數量為 15 - 30 個，反向重複序列為 1 - 4 個，回文重複序列為 20 - 40 個，互補重複序列僅在個別物種中有少量存在。利用 MISA 預測微衛星重複序列，分析發現玄參科代表物種葉綠體基因組中 SSR 位點以單核苷酸重複序列為主，共鑑定到 117 - 156 個 SSR 位點，單核苷酸類型占比高達 88.80% - 94.40%，且大多數單核苷酸 SSR 是 A/T 重複序列，平均占比約為 88.74%。SSR 位點在 LSC 區域數量最多，在基因區內主要位於基因間隔區，rps12 基因上的 SSR 位點數量最多。

  提取每個葉綠體基因中全部蛋白質編碼基因進行連接分析密碼子使用情況，在所有葉綠體中，編碼 Ile 的 AUU 密碼子數量最多，編碼 His 的密碼子 CAC 數量最少。根據高低表達庫中密碼子的 RSCU 值和∆RSCU 值，確定了 25 個最優密碼子，其中 19 個以 A/U 結尾，表明玄參科物種葉綠體密碼子傾向於以 A/U 結尾。此外，還發現了多個高頻密碼子和高表達密碼子，為玄參科植物葉綠體基因組基因工程研究及密碼子偏好性優化提供了參考。

  六、玄參科物種分化時間確定

  通過 PAML 軟體中的 mcmctree 分析玄參科及外類群木樨科物種共有的 82 個葉綠體蛋白編碼基因，估算玄參科物種的分化時間。結果表明，玄參科的共同祖先在大約 70.5MYA 和木樨科分開，在大約 52.4MYA 形成一個單系分支。在玄參科中，醉魚草屬、毛蕊花屬和玄參屬與其他屬物種在 49.5MYA 分開，各屬的共同祖先形成時間也各不相同，玄參大約在 5.4MYA 前和北玄參分開，並在近幾個百萬年內分化為不同株系，大部分玄參科物種出現在近 50MYA 以內。

  綜上所述，2025年在玄參行業技術研究中，通過對玄參科植物葉綠體基因組的深入研究，構建了更精細的系統發育樹，揭示了基因獲得與丟失的進化模式，明確了基因組的保守性與重排事件，確定了物種的分化時間。這些研究成果為進一步探究玄參科植物的系統進化、環境適應性以及品種遺傳改良提供了重要的理論基礎和基因資源，有助於推動玄參科植物在醫藥等領域的應用與發展。