苦苣苔科半蒴苣苔属(Hemiboea C.B.Clarke),作为以我国喀斯特地区为分布和分化中心的代表类群之一,自2005年以来,陆续发表了15种2变种。由于先前使用的分子标记包含的信息位点有限,未能解决该属在芒毛苣苔族的系统位置和属内亲缘关系。本研究拟利用高通量二代测序技术对半蒴苣苔属物种48个个体(包括37种4变种)进行质体基因组测序、组装与注释,并且结合已公布的芒毛苣苔族19个物种的质体基因组,进行半蒴苣苔属和芒毛苣苔族的质体基因组比较和系统发育研究,探讨以下问题:(1)半蒴苣苔属质体基因组结构和进化动态;(2)半蒴苣苔属系统发育关系;(3)芒毛苣苔族质体基因组结构和进化动态、系统发育关系及潜在的分子标记。本研究不仅有助于理解半蒴苣苔属植物质体基因组的演化历史,解决半蒴苣苔属系统学问题,同时也能够为喀斯特地区的植物资源保护和利用提供理论基础。主要研究结果如下:(1)半蒴苣苔属质体基因组结构和进化动态半蒴苣苔属质体基因组大小在152,412-153,793 bp之间,GC含量为37.5-37.7%,呈典型的四分体结构。在每个物种中均注释到132个功能基因和1个假基因,其中蛋白质编码基因87个,t RNA基因37个以及r RNA基因8个;共线性分析结果表明该属质体基因组的结构高度保守,IR/Smolecular mediatorC边界未发现明显的扩张和收缩;核苷酸多样性结果显示非编码区的变异高于编码区,SC区的变异高于IR区,筛选出的12个高变区可以作为半蒴苣苔属植物研究的潜在分子标记,但其有效性仍有待进一步验证。(2)半蒴苣苔属的系统发育关系基于质体基因组数据的四套不同数据集(整个质体基因组序列、去掉一个IR区的质体基因组序列、80个蛋白编码基因和所有的非编码区Liproxstatin-1 IC50),分别利用最大似然法和贝叶斯法构建了迄今为止取样最全且分辨率高的半蒴苣苔属系统发育树。结果均支持:半蒴苣苔属是一个单系类群,包括7个分支,其中最基部类群为齿叶半蒴苣苔,小苞半蒴苣苔为次基部类群,剩下的分支内部种间关系也得到了很好的辨别。一些广布种呈现出分化,具体表现在:半蒴苣苔复合群不同个体位于不同分支;华南半蒴苣苔复合群中原变种和变种卷瓣半蒴苣苔之Pidnarulex使用方法间的关系不清楚;纤细半蒴苣苔与变种毛苞半蒴苣苔未聚在一起;水泡叶(疏脉半蒴苣苔)未与原变种贵州半蒴苣苔聚在一支,可能存在隐存种。(3)芒毛苣苔族质体基因组结构和进化动态、系统发育关系及潜在分子标记芒毛苣苔族质体基因组大小在152,373-156,614 bp之间,GC含量为37.2-37.7%,呈典型的四分体结构。每个物种中功能基因和假基因的数目与半蒴苣苔属完全一致;共线性分析、IR/SC边界扩张收缩分析均表明该族质体基因组高度保守;氨基酸的密码子偏好性RSCU值相似,均有30种偏好密码子;芒毛苣苔族质体基因组共鉴定585个简单重复序列、614个串联重复序列和837个散在重复序列。基于质体基因组数据的四套不同数据集(整个质体基因组序列、80个蛋白编码基因、10个高变蛋白编码基因和10个高变的非编码区),分别利用最大似然法和贝叶斯法构建芒毛苣苔族的系统发育树。结果表明:芒毛苣苔族内四个亚族及长蒴苣苔亚族中4个属均被强烈支持为单系。其中半蒴苣苔属与马铃苣苔属、报春苣苔属和石山苣苔属分别互为姐妹群。本研究在10个高变的蛋白编码基因基础上,结合苦苣苔科其他类群关于高变区的研究,提出ndhF、rps15和ycf1可作为该族核心的分子标记,其他区域(mat K、rps19、rpl32、rpl22、rps3、ndhD和clpP)也可以作为该族潜在的分子标记。