莎禾[Coleanthus subtilis (Tratt.) Seidel]是禾本科（Poaceae）莎禾屬（Coleanthus Seidl）一年生草本,喜生于河岸、湖旁的水濕處。其分布區廣泛但不連續，已被記錄分布于歐洲中西部、挪威南部、俄羅斯、中國、美國和加拿大。莎禾的生命周期極短，需要嚴格的棲息繁殖條件，因其棲息地正遭受破壞等原因，它的數量稀少，在諸多國家被列為保護植物，如捷克共和國和北美地區。在2021年我國發布的《國家重點保護野生植物名錄》中，它也被列為二級保護植物。此外，莎禾能在長時間間隔后重新出現在以前的棲息地。2021年3月,研究人員在長江沙灘上發現了莎禾,隨后武漢植物園研究人員在黑龍江哈爾濱松花江流域也采集到了它，這距離其上一次在中國的采集間隔了將近一百年。有趣的是，由于本種植物主要分布在北暖溫帶地區，此前在長江流域的發現被懷疑為偶然外來事件，而最近的發現卻不支持這一推測，造成這種特殊分布格局的歷史和原因尚不清楚。同時，莎禾的系統位置及莎禾亞族的組成存在爭議，葉綠體基因組信息的缺失極大地限制了對其系統發育的全面了解。
武漢植物園研究人員利用采集的材料，首次測序并組裝了莎禾的葉綠體基因組，并將其與禾本科的相關物種進行了比較和系統發育分析。結果顯示莎禾葉綠體基因組大小為135,915 bp且呈現出典型的四分體結構，與先前報道的禾本科葉綠體基因組大小與結構相似。該研究還發現莎禾的accD基因缺失，ycf1、ycf2、ycf15和ycf68假基因化，且clpP和rpoC1基因的內含子也缺失，進一步證明了這是禾本科的普遍現象。雖然莎禾的葉綠體基因組結構總體上是保守和穩定的，但仍檢測到26個SSR和13個高變異位點，這些區域有望被開發為禾本科重要的分子標記。此外，基于CDS的系統發育分析結果強烈支持Coleanthus和Phippsia互為姐妹類群，并對Coleanthus、Zingeria和Colpodium三者的關系提供了新的見解。本研究首次報導了莎禾的葉綠體基因組信息，為進一步研究其起源提供了重要的數據參考，并對開展該植物的種群遺傳學研究和保護工作等具有借鑒意義。
該研究成果以“Comparative and phylogenetic analysis based on the chloroplast genome of Coleanthus subtilis (Tratt.) Seidel, a protected rare species of monotypic genus”為題發表在期刊Frontiers in Plant Science上。武漢植物園與湖南師范大學生命科學學院聯合培養碩士研究生任靜和武漢植物東非植物區系與分類學科組的田徑博士為論文共同第一作者，武漢植物園胡光萬研究員和湖南師范大學蔡秀珍副教授為共同通訊作者。研究工作得到國家科技基礎資源調查項目（2019FY101800）和國家自然科學基金（31970211）的支持。
論文鏈接：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2022.828467/full
圖1 莎禾的葉綠體基因組圖譜
圖2 基于葉綠體蛋白編碼序列構建的系統樹
