夾竹桃科Apocynaceae是龍膽目Gentianales中的一個科。包含約378個屬5350個種，是被子植物十大科之一，主要分布于全球熱帶與亞熱帶地區。分子系統學的發展使得夾竹桃科的系統發育研究不斷深入，相應地也產生了很大的分類學變動：傳統的蘿藦科Asclepiadaceae已并入夾竹桃科，兩個科原有的五個亞科被處理為三個亞科（馬利筋亞科Asclepiadoideae、杠柳亞科Periplocoideae、鯽魚藤亞科Secamonoideae）與并系的蘿芙木類Rauvolfioids與羅布麻類Apocynoids，并再被分為27個族和49個亞族。近年來，隨著測序成本的逐漸降低和相關分析工具的逐漸完善，葉綠體基因組進化分析，以及使用葉綠體基因組數據來重建陸生植物的系統發育關系成為一個研究熱點。然而，夾竹桃科葉綠體基因組比較研究目前只見于少量的族中，缺乏代表樣完善的整個科的系統分析。此外，夾竹桃科系統發育研究目前大多是使用少數幾個常規的分子標記，分辨率有限，而近期使用葉綠體基因組或者大量的核基因數據的一些初步工作在取樣數量和代表性上存在明顯不足。
中國科學院武漢植物園東非植物區系與分類學科組研究人員為探究夾竹桃科的葉綠體基因組的結構進化，并進一步解析夾竹桃科的系統發育框架，對夾竹桃科37個物種進行了淺層基因組測序，并獲得35個完整葉綠體基因組數據。結合對公共數據進行重新組裝，共計獲得夾竹桃科101個完整的葉綠體基因組，覆蓋了26/27個族，其中11個族首次有完整葉綠體基因組數據。在此基礎上，進一步整合不完整的葉綠體基因組數據，以及部分來源于相關研究論文中提供的數據，共獲取了夾竹桃科162個樣品、158個種的77個蛋白編碼區域，取樣覆蓋了所有族和41/49個亞族，開展了更大范圍的系統發育分析。
結果顯示101個夾竹桃科葉綠體基因組的序列長度范圍在150,897 bp（羅布麻Apocynum venetum L.）~ 178,616 bp（Hoya exilis Schltr.）不等，并在反向重復（IR）區域和單拷貝（SC）區域之間發現了六種類型的邊界。在鏈珠藤族Alyxieae、吊燈花族Ceropegieae和牛奶菜族Marsdenieae中發現了不同尺度的IR擴張，這表明夾竹桃科的葉綠體基因組的IRs在SC上發生了多次擴張事件。其中牛奶菜族的IR區以兩種方式演化：在Lygisma Hook. f.+ Stephanotis Thouars + Ruehssia H. Karst. ex Schltdl. + Gymnema R. Br.（世界性分支Cosmopolitan clade）向大型單拷貝（LSC）區域擴張，以及在Dischidia R. Br.-Hoya R. Br.和Marsdenia R. Br.（亞太分支Asia-Pacific clade）向大單拷貝（LSC）和小單拷貝（SSC）區域擴張。六個編碼基因和五個非編碼區被鑒定為高變異位點，包括accD、ccsa-ndhD、clpP、matK、ndhF、ndhG-ndhI、trnG(GCC)-trnfM(CAU)、trnH(GUG)-psbA、trnY(GUA)-trnE(UUC)、ycf1和ycf2，這些變異位點可以后續作為夾竹桃科潛在的DNA條形碼，用于夾竹桃科的系統發育、物種鑒定等研究。
分子系統發育分析顯示夾竹桃科由15個逐級分化的分支組成，其中杠柳亞科Periplocoideae嵌套在羅布麻類Apocynoid grade中，并與Echiteae-Odontadeniea-Mesechiteae分支為姐妹關系得到高度支持；山橙族Melodineae、蔓長春花族Vinceae、錨鉤藤族Willughbeieae和香花藤亞族Amphineuriinae，以及清明花屬Beaumontia Wall.、吊燈花屬Ceropegia L.、球蘭屬Hoya和耳藥藤屬Stephanotis顯示是非單系的。這表明夾竹桃科的系統分類框架有待進一步完善。
本研究對夾竹桃科的葉綠體基因組進行了目前取樣最多的比較分析，也是目前取樣最全的使用葉綠體基因組數據的夾竹桃科系統發育分析，為后續夾竹桃科的系統進化、分類、保護與利用等研究提供了系統框架。相關工作以“Evolution of 101 Apocynaceae plastomes and phylogenetic implications”為題發表于國際學術期刊Molecular Phylogenetics and Evolution上。該項工作得到了中國科學院生物資源計劃（KFJ-BRP-017-10）、國家植物標本資源中心（E0117G1001）、中國科學院國際合作計劃（151853KYSB20190027）、中國科學院中非聯合研究中心（SAJC202101）的資助。武漢植物園碩士生王巖（現已畢業）和張彩飛助理研究員為共同第一作者，胡光萬研究員同張彩飛助理研究員為共同通訊作者，課題組其他同學也參與了該工作。
圖1 夾竹桃科葉綠體基因組圖譜（以Vallesia antillana Woodson為代表）
圖2 101個夾竹桃科葉綠體基因組編碼區域與間隔區的核苷酸多態性（Pi）比較分析
圖3 101個夾竹桃科葉綠體基因組中LSC、SSC和IR區域之間的6種類型和12種亞型的邊界 
圖4 基于葉綠體基因組77個蛋白質編碼序列（CDS）構建的夾竹桃科系統發育樹
圖5 夾竹桃科葉綠體基因組結構與系統發育拓撲結構的映射圖
