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菊科药用植物DNA条形码及叶绿体基因组研究一、本文概述随着生物信息学和分子生物学的飞速发展，DNA条形码技术和叶绿体基因组研究在植物分类、鉴定以及遗传资源保护等领域的应用日益广泛。
本文旨在深入探讨菊科药用植物的DNA条形码及叶绿体基因组研究，以期为该领域的发展提供新的思路和方法。
本文将首先介绍DNA条形码技术的基本原理及其在药用植物鉴定中的应用，分析其在菊科植物分类中的优势与局限性。
随后，本文将重点阐述叶绿体基因组的结构与特点，及其在菊科药用植物遗传资源保护中的重要作用。
通过对菊科药用植物叶绿体基因组的深入研究，我们可以更深入地理解其遗传多样性和进化关系，为药用植物的种质资源保护和开发利用提供科学依据。
本文还将关注菊科药用植物DNA条形码和叶绿体基因组研究的前沿动态，探讨未来研究方向和应用前景。
通过综合分析国内外相关研究成果，本文旨在为菊科药用植物的研究与应用提供全面、系统的参考，促进该领域的研究与发展。
二、材料与方法为了全面研究菊科药用植物的DNA条形码及叶绿体基因组，我们收集了来自全国各地的50种菊科药用植物样本。
这些样本的采集遵循了相关的采集标准和保护规定，确保了样本的多样性和代表性。
同时，我们也记录了每个样本的详细地理位置、生态环境和生长状况等信息，以便后续分析。
采用改良的CTAB法（十六烷基三甲基溴化铵法）对收集的植物样本进行DNA提取。
该方法能够高效地从植物组织中提取出高质量的DNA。
提取后的DNA经过酚/氯仿抽提和乙醇沉淀等步骤进行纯化，以确保DNA的纯净度和完整性。
选用rbcL和matK两个基因片段作为DNA条形码的分析对象。
这两个基因片段在菊科植物中具有较高的变异性和稳定性，适合用于物种鉴定和分类研究。
通过PCR扩增、测序和序列比对等步骤，我们分析了每个样本的DNA条形码信息，并构建了基于这些信息的系统发育树。
采用高通量测序技术对选取的代表性样本进行叶绿体基因组测序。
测序数据经过质量控制和组装后，我们得到了每个样本的叶绿体基因组序列。
浅析植物系统学中叶绿体基因组分析技术的应用植物系统学的发展离不开基因组学技术的应用，其中叶绿体基因组分析技术在研究植物进化、分类及基因功能等方面有着重要的应用价值。
本文将探讨叶绿体基因组分析技术在植物系统学中的应用。
叶绿体基因组是细胞质基因组之一，是一种环形DNA分子，长度约为120-160 kb，在细胞色素源和光合作用等方面发挥着重要作用。
叶绿体基因组中包含约100种基因，编码叶绿体内膜体、核糖体、载体蛋白等功能蛋白质，同时还编码产生光合色素和辅助色素的基因。
由于叶绿体基因组中基因序列在不同物种之间存在差异，因此可以通过叶绿体基因组分析技术揭示植物不同层次的系统学信息。
在植物系统学中，叶绿体基因组分析技术主要包括PCR扩增、序列分析和系统发育分析三个步骤。
其中，PCR扩增是最基本的步骤，常用的引物包括通用引物trnL-F、rbcL和matK等，通过扩增叶绿体基因组的特定片段来获取基因序列。
序列分析主要包括序列编辑、比对和注释等步骤，通过比对来确定物种分类地位以及在物种群体中基因变异的系統演化和保守性位点。
系统发育分析是目前最常用的植物系统学建树方法，主要包括最大似然法、最大简约法和贝叶斯法等方法，通过分析不同物种之间的相似性和差异性来构建物种间的系统树。
一、系统发育重建叶绿体基因组分析技术可以用来重建不同植物类群之间的系统发育关系，例如被子植物、裸子植物和蕨类植物等分类关系。
例如，通过分析不同类群之间rbcL、matK和trnL-F等基因区段序列的变异情况，可以确定物种的系统进化关系并建立系统进化树。
二、物种鉴定叶绿体基因组分析技术可以用来快速精准地进行物种鉴定。
通过分析物种的特定鉴定位点序列，可以快速鉴定物种分类地位，例如legume、木兰属、蕨类植物和松科等。
该技术可以非常方便地鉴定不同物种之间的生物形态差异，这对于物种分类、资源保护和生态研究具有重要意义。
三、种群遗传结构研究叶绿体基因组分析技术可以用于研究不同种群之间的遗传结构及基因流情况。
利用叶绿体基因组的分子标记鉴定植物种类植物的分类学是植物学中非常重要的一个领域，研究植物分类有助于我们更好地了解和利用植物。
在传统的植物分类学中，主要是根据形态、解剖、生理等方面的差异来分类。
但是，随着分子生物学的发展，利用分子标记来鉴定植物已经成为一种越来越流行的方法。
其中，利用叶绿体基因组的分子标记鉴定植物种类的研究已经取得了很大的进展。
一、叶绿体基因组的特点叶绿体是植物细胞中负责光合作用的细胞器，其形态和大小多样，但通常呈现圆柱形。
叶绿体拥有自己的遗传物质，即叶绿体基因组。
与细胞核DNA相比，叶绿体基因组具有以下几个特点：1. 叶绿体基因组是环状DNA分子，大小在120-160 kb左右，具有一定的稳定性和不同的特点序列；2. 叶绿体基因组有数百个基因，其中大部分编码光合作用和其他代谢途径所需的蛋白质，另外还包括一些RNA和调控元件等；3. 叶绿体基因组存在着较高的突变率，这种变异可以通过细胞分裂和性繁殖传递到下一代，是物种进化中的重要因素之一。
二、利用叶绿体基因组的分子标记鉴定植物种类基于叶绿体基因组的分子标记主要分为两类：一类是限制性酶片段长度多态性（RFLP）分析，另一类是序列标记。
1. RFLP分析RFLP分析是将叶绿体基因组DNA进行限制性酶酶切，得到一系列的DNA片段，然后通过凝胶电泳等方法进行分析。
由于不同物种叶绿体基因组中的限制性酶切位点不同，因此不同物种的RFLP图谱也就不同。
研究表明，通过RFLP分析可以鉴定植物的物种、属、亚种等分类单元，具有很高的可靠性和准确性。
2. 序列标记序列标记是利用PCR方法扩增叶绿体基因组中的特定序列，并通过测序或基于PCR的测序方法对所扩增的序列进行分析，以得到不同物种的差异性标记。
序列标记可以分为cpDNA序列标记和基于PCR的序列标记两种类型。
其中，cpDNA序列标记包括rbcL、matK、trnL-F等叶绿体基因或非编码序列，已经成为植物演化和分类学研究中最常用的序列标记。
浅析植物系统学中叶绿体基因组分析技术的应用植物系统学是研究植物分类和进化关系的学科，它包括形态学、解剖学、生态学等多个学科的知识，是植物分类学的基础。
近年来，随着分子生物学和生物信息学的快速发展，植物系统学的研究方法和手段也得到了极大的更新和改进。
基因组分析技术在植物系统学中的应用日益广泛，特别是叶绿体基因组分析技术。
叶绿体基因组是植物细胞中的一种特殊的DNA，具有自主复制和翻译的能力。
它由约120-150个基因组成，包括编码光合作用相关蛋白质的基因、编码转运系统蛋白质的基因、编码逆转录酶的基因等。
叶绿体基因组在植物系统学中有着重要的应用价值。
叶绿体基因组可以用于植物分子系统学的分类和物种鉴定。
通过比较不同物种之间叶绿体基因组的序列差异，可以确定物种间的亲缘关系，进而推测它们之间的进化关系。
这对于原始植物物种或近缘物种的分类和鉴定具有重要意义。
叶绿体基因组分析可以揭示物种的地理分布和种群遗传结构。
在不同地理区域的植物个体中，叶绿体基因组的序列差异往往会反映出地理分布的差异。
通过叶绿体基因组的序列分析，可以研究物种在地理上的扩散和迁移历史，揭示物种的种群遗传结构和进化历程。
叶绿体基因组还可以用于研究植物基因组进化和基因转移。
通过比较不同物种之间叶绿体基因组的相似性和差异性，可以推测出基因组的进化历程和基因间的转移事件。
通过比较植物基因组中叶绿体基因的序列，可以确定哪些基因发生了水平转移，从而揭示出不同物种之间的基因流动和进化重组。
叶绿体基因组分析技术的应用还包括植物遗传资源保护和利用。
植物遗传资源是指各种植物的种质资源，包括野生种、栽培种和改良种等。
通过叶绿体基因组的分析，可以快速鉴定植物遗传资源的种属和近缘关系，帮助筛选出优良的遗传背景，为植物育种和种质资源保护提供科学依据。
叶绿体基因组分析技术在植物系统学中的应用广泛而重要。
它可以用于物种分类和种群遗传结构的研究，揭示物种的进化关系和地理分布。
中国植物叶绿体基因组研究颠覆学界认知中国科学家一项历时五年的研究成果颠覆了学界对植物叶绿体基因组的认知——科学家发现整个叶绿体基因组都是可以转录的。
该研究成果已于近日发表在了《自然》出版集团的《科学报告》上。
《科学报告》的审稿专家一致认为,“这一成果首次发现了我们从来没有想象过的现象,颠覆了传统遗传学上认为的只有叶绿体编码基因才能转录以及单个基因逐一发生转录的看法,获得了学界对叶绿体基因组转录模式的新认识,使得我们可以全面重新认识了叶绿体基因组的功能,对研究和利用叶绿体的光合作用具有非常深远的意义。
”叶绿体是地球上的绿色植物通过光合作用把光能转化为化学能、供给地球上的其它生物能量来源的细胞器。
可以说,叶绿体是植物的“养料制造车间”和“能量转换站”。
对叶绿体的功能和叶绿体基因组转录机制的研究一直以来是全球细胞生物学家、遗传学家和分子生物学家孜孜以求的研究热点。
这项成果的发现者之一、论文通讯作者、中国科学院昆明植物研究所研究员高立志告诉记者,“我们的研究团队历时五年,通过对三种高等植物:水稻、玉米、拟南芥,及两种藻类:衣藻、灰藻的叶绿体转录组数据进行分析,惊奇地发现了整个叶绿体基因组都能够发生转录。
这种叶绿体基因组的全转录模式意味着,转录不仅发生在大家熟知的叶绿体基因的编码区,而且能发生在叶绿体基因组的所有非编码区。
”“此前,学术界的观点一直认为,植物叶绿体基因组是以多顺反子操纵子的方式进行转录的,通俗地说,就是叶绿体基因组的多个基因组合在一起,以同一条转录本的形式进行转录,但这种转录模型并不能解释叶绿体基因组的全转录模式以及转录本的多样性与复杂性,而我们的成果彻底颠覆了这一认识,”高立志说。
回忆起成果发现的过程,高立志用“不可思议”来形容。
那是2011年10月的一天,学生施超给高立志发来短信,说自己有一项突破性的进展和发现,高立志立马打电话过去询问,“我当时也不相信,觉得很不可思议,而且一直怀疑可能是受细胞核和线粒体的干扰才出现了所谓‘叶绿体全转录’现象,但实验数据的无数次严谨到苛刻的分析才渐渐打消了我的疑云,可以放心地报道这确实是一个颠覆性的发现。
丹参的叶绿体和线粒体基因组研究共3篇丹参的叶绿体和线粒体基因组研究1丹参的叶绿体和线粒体基因组研究丹参是一种流行于中国南方的枸杞科植物，在传统药材中被广泛应用，是丹参酮、丹参酸等生物活性成分的主要来源。
然而，对其基因组研究却相对较少。
本文将重点介绍我国科学家们对丹参叶绿体和线粒体基因组研究的进展。
叶绿体是植物细胞中的一种细胞器，负责进行光合作用，其基因组通常较小，仅有几十至几百个基因。
丹参的叶绿体基因组大小为157,633 bp，含有111个基因，其中包括80个编码蛋白质的基因、29个tRNA基因和4个rRNA基因。
丹参叶绿体基因组研究的主要任务是构建其全基因组序列，并对其进行比对分析，以了解丹参叶绿体基因组的特点和演化。
在近年来的研究中，我国科学家们利用Illumina高通量测序技术得到了丹参叶绿体基因组序列，并进行了基因注释和比对分析。
结果表明，丹参叶绿体基因组中有6个基因存在内部缺失区域，其中trnK-UUU、rpl2和rps19是由蛋白编码基因的转录后剪接产生的，而另外三个基因gyrA、ycf1和ycf2缺失是由于基因复制和逆转录导致的。
此外，丹参叶绿体基因组序列的变异分析表明，其与其他植物物种的亲缘关系最近的是广义伞形科植物。
线粒体是细胞中负责细胞呼吸和能量代谢的细胞器，同时也参与了细胞的凋亡等许多重要生物学过程。
线粒体基因组也是细胞器基因组的一种。
丹参线粒体基因组的大小为505,725 bp，包括41个编码蛋白质的基因、27个tRNA基因和3个rRNA基因，其基因数目和基因组大小与其他双子叶植物的基因组大小相当。
丹参线粒体基因组的研究较为有限，但在近年来的研究中，我国科学家们也利用高通量测序技术对其进行了测序和分析。
结果表明，丹参线粒体基因组的基因组结构和基因组组成与其他双子叶植物基本一致，但是其中一些基因序列存在着与其他植物基因组不同的特征。
例如，在nad4L基因中，存在一段与其他植物不同的延长区域，并且在cox2基因中，也发现了一种与其他植物不同的基因编码方式。
叶绿体基因组和核基因组相互作用研究随着基因组时代的发展，科学家们开始逐渐认识到叶绿体基因组与核基因组之间的相互作用对生物体的发育和适应性具有重要的影响。
本文将探讨叶绿体基因组和核基因组之间的相互作用研究。
一、叶绿体基因组和核基因组的基本概念叶绿体是细胞内的一种细胞器，其主要功能是进行光合作用，同时还参与了植物体内的代谢和信号转导过程。
叶绿体基因组是指存在于叶绿体内的一段线性DNA分子，其大小在各个物种之间存在较大的差异，一般在80-160 kb之间。
与叶绿体相对应的是核基因组，核基因组是存在于细胞核中的DNA分子，是细胞内的遗传物质。
对于多细胞生物而言，核基因组不仅编码了细胞内的自身物质，还编码了叶绿体和线粒体等细胞器的大部分功能蛋白。
叶绿体基因组和核基因组在生物体内的相互作用需要复杂的调节和控制，其中包括了基因表达调节、遗传多样性维持以及进化适应等过程。
二、叶绿体基因组和核基因组的相互作用1.基因表达调节叶绿体基因组和核基因组之间的相互作用在基因表达调节上起到了重要的作用。
一些研究表明，叶绿体和核基因组之间的通信可以通过质体介导或直接转运RNA的方式进行，这种通信可以影响到叶绿体内基因的转录和翻译过程，影响着叶绿体的正常功能。
另一方面，核基因组的某些基因也参与了调节叶绿体基因的表达，包括一些编码转录因子、RNA编辑酶和翻译调节因子等。
2. 遗传多样性维持叶绿体基因组和核基因组之间的相互作用对于维护生物体的遗传多样性也起到了重要的作用。
由于叶绿体基因组的复制模式是自主复制，遗传多样性主要通过突变、重组、乱序插入和移位等方式保持，而核基因组则存在比较显著的重组和交配过程。
对于叶绿体和核基因组的复制和遗传性状的调控，增强了生物体对外部环境的适应能力和生存能力。
3. 进化适应叶绿体基因组和核基因组之间的相互作用对于物种的进化适应也具有重要意义。
在自然选择的过程中，叶绿体和核基因组的相互作用是非常关键的，因为它使生物体能够产生更多的遗传多样性，增加了物种的适应性和生存机会。
叶绿体基因组结构和功能的研究进展叶绿体是光合作用的场所，其基因组对植物的生长发育和适应环境有着重要的影响。
在叶绿体内的基因转录和翻译过程与细胞核内的有很大的不同，叶绿体基因组结构也有一定的特点。
本篇文章将简述叶绿体基因组结构和功能的研究进展。
一、叶绿体基因组的结构叶绿体基因组又称为质体基因组，其结构在一些方面与细胞核基因组是相似的。
从结构上来看，叶绿体基因组大小在10-20万个碱基对之间，其中大约100个基因编码不同功能的蛋白质。
然而，与核基因相比，叶绿体基因组在DNA序列的复制和转录等方面有着很大的不同。
比如，叶绿体基因组的DNA串联重复序列（IR）结构是中央IR（LSC）和边缘IR（SSC）组合而成，形成了一个环形的叶绿体基因组结构。
这种结构使得叶绿体DNA的复制和转录方式与核DNA有所不同，例如DNA复制只在一个DNA末端开始，通过与另一个端呈Y型互相配对来终止；而且DNA转录产生的RNA不仅被翻译成蛋白质，还会组成RNA转移体（rRNA），与核内的情况非常不同。
二、叶绿体基因组功能的研究1.适应性进化叶绿体基因组在植物进化中扮演着重要的角色。
许多有趣的研究揭示了叶绿体基因组适应性进化的机制，揭示出哪些区域和基因在植物进化过程中受到了正或负选择的影响。
据最近的研究表明，许多叶绿体基因组基因在趋近于荒漠的环境中发生了改变。
一些基因趋于缩小或消失，而其他基因则出现了正选择的改变，以便让植物适应更加恶劣的环境条件。
2.叶绿体基因编辑的研究叶绿体基因编辑是通过基因工程手段对特定的DNA位点进行编辑，从而改变叶绿体内的特定蛋白质和RNA分子的表达和功能。
这个技术被广泛用于植物基因改良和生物学研究。
叶绿体基因编辑最早是靠通过叶绿体转化产生转基因植物实现的。
最近，一些研究者通过利用TAL型或CRISPR/Cas系统来编辑叶绿体基因组来实现属于叶绿体DNA的遗传改良。
这样的基因编辑可以改变叶绿体DNA序列和功能，从而在植物的生长发育、光合作用及对环境的适应性中起重要作用。
叶绿体的基因组学及其功能分析叶绿体是植物细胞中的一种细胞器，它是光合作用的场所，是植物获得能量、制造营养物质的重要场所。
叶绿体具有自主繁殖的能力，其基因组是研究叶绿体发育和生长的重要课题之一。
随着基因测序技术的发展和应用，叶绿体基因组的研究正在变得越来越深入和细致，本文就叶绿体基因组学及其功能分析进行一些探讨。
一、叶绿体基因组的特点叶绿体基因组是植物细胞中较为稳定的遗传物质，其大小比较小，一般仅为120kb左右。
该基因组中含有一些编码蛋白质的基因，以及一些编码tRNA和rRNA的基因。
与细菌基因组不同的是，叶绿体基因组缺乏一些常见的基因，如RNA聚合酶和ATP合成酶等，这是因为这些基因已经转移到了植物细胞核内进行编码。
二、叶绿体基因组的序列特征叶绿体基因组的序列特征主要包括基因排列方式、基因间的区域、基因内的序列等。
叶绿体基因组的基因排列方式比较保守，不同物种间的基因排列方式相似。
在基因间区域中，含有一些重复序列和转座子序列等。
叶绿体基因组的内含子（intron）比较少，而且较为保守，多数为自我复制序列。
三、叶绿体基因组的功能分析基于叶绿体基因组的序列特征，研究人员对叶绿体基因组的功能进行了深入的研究。
他们发现，叶绿体基因组参与了许多关键生物过程，包括光合作用、植物形态发生、过氧化物代谢等方面。
（一）光合作用叶绿体基因组中编码的一些酶参与了光合作用，如PSⅠ、PSⅡ、光合作用复合物、类胡萝卜素合成酶、CO2浓缩酶等。
这些酶都是光合作用过程中必不可少的酶，通过这些酶的参与，光合作用得以进行，从而为植物提供能量。
（二）植物形态发生叶绿体基因组中编码了许多参与植物形态发生的基因，如编码植物激素的代谢酶、调节胚抱合和游离细胞上皮的蛋白等。
这些基因的参与可以调节植物的发育，进而影响植物的形态。
（三）过氧化物代谢叶绿体中含有很多过氧化物，并且极易产生自由基，造成细胞损伤。
叶绿体基因组中编码的一些过氧化物代谢酶可以修复细胞受损，防止细胞死亡。
河南农业科学，2024，53（1）：70‑77Journal of Henan Agricultural Sciencesdoi:10.15933/ki.1004-3268.2024.01.008鸡矢藤叶绿体基因组分析吴民华1，吴子健2，叶晓霞1，谭靖怡3，王燊3，黄琼林1（1.广东医科大学基础医学院，广东湛江524023；2.广东医科大学第一临床医学院，广东湛江524023；3.广东医科大学药学院，广东湛江524023）摘要：为了阐明岭南特色药用植物鸡矢藤的叶绿体基因组序列特征，采用高通量测序技术开展鸡血藤叶绿体基因组测序，再借助生物信息学方法对测得序列进行拼接、注释和比对分析。
结果表明，鸡矢藤叶绿体基因组为153456bp 的环状双链四分体结构，共编码133个基因。
在鸡矢藤叶绿体基因组中发现54个简单重复序列，其中A/T 单核苷酸重复最多，占比61.1%；共找到26983个密码子，第3位碱基是A/T 的密码子具有更高的使用频次。
序列比对分析显示，鸡矢藤等5种茜草科植物在基因间隔区和内含子等非编码区域存在显著的碱基突变。
系统进化树清晰地展现了鸡矢藤在茜草科内的进化位置，且不同来源的鸡矢藤序列同源性高。
关键词：鸡矢藤；叶绿体基因组；序列特点；序列比对；系统进化分析中图分类号：S567.239文献标志码：A文章编号：1004-3268（2024）01-0070-08收稿日期：2023-06-28基金项目：广东省基础与应用基础研究基金项目（2018A030310116）；广东省大学生创新创业训练计划项目（S202310571113）；广东医科大学大学生创新创业训练计划项目（GDMU2022113，GDMU2023224）作者简介：吴民华（1981-），男，广东湛江人，副教授，主要从事中药分子药理学研究。
E-mail ：*****************.cn 通信作者：黄琼林（1986-），男，广东湛江人，副教授，主要从事医学生物化学研究。
世界科学技术—中医药现代化★专题讨论：中药资源研究的前沿技术〔World Science and Technology/Modernization of Traditional Chinese Medicine and Materia Medica〕收稿日期：2010-06-02修回日期：2010-06-12*国家自然科学基金面上项目（30970307）：叶绿体全基因组条形码鉴定方法研究，负责人：陈士林。
**联系人：林小涵，在读博士研究生，主要研究方向：生药学，E-mail ：lxhlena@ ；李西文，博士，主要研究方向：中药资源可持续利用，E-mail ：xwli@ 。
摘要：本文在总结植物叶绿体基因组测序研究进展基础上，提出了药用植物叶绿体基因组测序的策略，对物种的选择，测序平台的确定，生物信息学工具的综合分析应用，样品提取、分析及检测等技术环节进行了深入讨论。
关键词：药用植物叶绿体全基因组测序策略doi:10.3969/j.issn.1674-3849.2010.03.027叶绿体相关研究在过去的数十年取得了巨大成就，尤其在利用基因序列研究叶绿体的起源、结构、进化、正反向遗传学、叶绿体基因工程等方面取得了重大进展[1~3]。
随着大规模测序技术的不断发展，特别是二代测序技术的应用，极大推动了叶绿体基因组的深入研究。
目前，已有170多个物种的叶绿体全基因组序列在NCBI 发布(/genomes/genlist.cgi?taxid=2759&type=4&name=Eukary -otae%20Organelles ），但多数物种为农作物或经济作物，药用植物的叶绿体全基因组序列相对较少，很大程度上限制了药用植物的药物代谢工程、转基因工程、物种鉴定及进化等方面的发展。
本文在前人研究的基础上，基于新一代测序技术在药用植物叶绿体全基因组测序研究中的应用进行探讨，提出一种新的叶绿体基因组测序的策略。
一、药用植物叶绿体基因组及其测序研究现状1986年，烟草和地钱叶绿体全基因组测序完成[4~5]，开创了叶绿体全基因组测序的先河，也第一次揭示了叶绿体基因组的结构特征。
之后陆续有其他物种的叶绿体基因组序列在NCBI 发布，但数量增长缓慢。
至2000年，仅有16个物种完成了叶绿体全基因组测序。
但2005年以后在NCBI 上公布的叶绿体全基因组序列的物种数直线上升，截止2010年5月，已有176个叶绿体基因组序列公布（图1）。
叶绿体全基因组序列的测定不仅加速了物种的进化、迁徙等方面的研究，对物种的鉴定和转基因研究也存在着巨大的推动作用。
以往的叶绿体基因组研究多侧重于农作物和经济作物如大麦、高梁、大豆、甘蔗等[6~8]，以及具有进化意义的孓遗物种如桫椤、台东苏铁等[9~10]，仅有少数药用植物的叶绿体基因组序列发布，如人参、木贼麻黄、薏苡等[11~13]，且这些药用植物的叶绿体4422010第十二卷第三期★Vol.12No.3〔World Science and Technology/Modernization of Traditional Chinese Medicine and Materia Medica 〕*/tech/2010-05/04/content_13465942.htm.图1NCBI 上登录的叶绿体基因组个数基因组测序并不是以药用为研究目的。
近年来，随着世界医药领域“回归自然”热潮的兴起，植物药在基因组方向的研究获得了越来越多的关注，如人参基因组计划的启动*、利用叶绿体DNA 序列进行药用植物的物种鉴定等。
随着测序技术的革新与飞速发展，测序成本大幅度降低[14]，基于新一代测序技术的药用植物叶绿体基因组的大规模测序将推动药用植物的叶绿体基因组的深入研究和相关产业的发展。
二、药用植物叶绿体基因组测序的必要性与药用植物物种的总数相比，已获得的叶绿体全基因组序列还很匮乏，叶绿体全基因组研究的应用潜力并没有得到很好的发挥，限制了药用植物亲缘学研究、物种鉴定及基因工程等相关应用领域的发展。
测序技术的障碍是制约药用植物叶绿体全基因组序列获得的一个重要因素。
随着新一代测序技术的日趋成熟，叶绿体全基因组测序将进入一个高速发展时期。
目前，应用叶绿体基因序列进行药用植物的相关研究主要体现在以下几个方面：1.药用植物的起源和系统进化研究中外学者通常运用形态学、孢粉学、胚胎学与细胞学等多种手段对药用植物不同科属及属下分类系统位置进行研究。
近年来，现代分子系统学也应用到药用植物的分类与进化研究[15~16]。
叶绿体基因组序列用于物种的进化研究最早是利用单个基因或者基因间隔的核苷酸多态性进行分析，后来发展为对多个基因进行叠加分析即A+B+C 原则，然而多个基因的联合分析仍然不能解决某些科属间的分类及进化关系问题[17]。
随着叶绿体全基因组序列的日益增多，很多物种的系统进化研究上了一个新的台阶。
Rorbert K Jansen 等[18]对包括蔷薇分支在内的28个物种的叶绿体全基因组序列进行比对分析，一定程度上解决了长久以来被子植物蔷薇分支的系统进化位置模糊的问题。
但Leebens-Mack 等[19]也提出在进行系统进化分析时，如果基础数据量不足够大，很大程度上会影响甚至出现错误的推论。
因此，要想得到更加精准的系统进化树就必然要增加基础分析的数据量即增加物种的叶绿体全基因组序列。
2.物种鉴定叶绿体基因作为DNA Barcoding 标准序列的地位已经得到公认，但是在DNA 条形码鉴定研究工作中发现，尽管该方法具有操作简单、可重复性强、适用于多个分类阶元等诸多优点[20~21]，但DNA 条形码长度多介于300~700bp 之间，有时包含序列的变异信息不充足，在区分和鉴定部分药用植物（如贝母属）种内和种间样品时存在困难；同时植物基因组的高变异性导致在植物中至今还未找到公认的通用DNA 条形码序列[22]。
上述结果从理论上证明一些常用的DNA 条形码在通用性上存在局限性。
叶绿体基因组在植物中广泛存在，长度达到110~160kb ，与DNA 条形码相比，具有更好的通用性和更强的分辨力。
因此，本课题组首先提出了叶绿体全基因组条形码（Cp-genome Bar -coding ）的概念，即通过叶绿体全基因组的比较对植物进行快速和准确的鉴定。
但目前NCBI 数据库中的叶绿体基因组全序列的数目还达不到构建条形码数据库的数量，需要通过对大量的药用植物开展叶绿体基因组的全序列测序才能实现这一目标。
3.药用植物叶绿体基因工程1988年，Boynton 等[23]利用基因枪法首次成功的实现了叶绿体遗传转化，之后在高等植物烟草、拟南芥和番茄中也相继实现了质体的转化[24]。
但出于生物安全的考虑，抗生素不能作为叶绿体基因工程的选择条件，应采用多种激素诱导促使质体增殖技术，而这一增殖技术目前仅在上述植物和另外一些茄科植物中适用。
限制高等植物叶绿体转化的主要瓶颈是大多数植物的叶绿体基因组序列不清楚,因而无法确定用于载体构建的同源重组片段和外源基因的插入位点。
因此，获得更多的植物叶绿体基因组全序列是进行叶绿体转化技术深入研究的前提。
药用植物的转录组学、代谢组学以及基因组学的研究所揭示的次生代谢、生长发育、抗病抗逆的分子机制为药用植物叶绿体工程的研究提供了丰富的遗传转化背景，新一代测序技术将加速叶绿体基因组全序列的指数2000年2005年2006年2007年2008年2009年2010年200150100500164984121148171176443世界科学技术—中医药现代化★专题讨论：中药资源研究的前沿技术〔World Science and Technology/Modernization of Traditional Chinese Medicine and Materia Medica 〕级增长，推动叶绿体基因工程突破瓶颈。
三、叶绿体全基因组测序的策略1.测序样品的选择和提取已完成叶绿体全基因组序列测序的物种大多是农作物和经济作物，这些物种与人们的生产生活关系密切，并且其分子研究背景相对丰富，易于利用叶绿体基因工程进行改良和应用。
与之相比，药用植物叶绿体基因组测序有其自身的特点，其物种的选择可以从以下几点来考虑。
①大宗常用中药材或趋于濒危、急需保护的名贵物种；②在亲缘学研究上有重要意义的物种；③在种或种下等级难以鉴别，尤其是采用DNA 条形码仍难以鉴定的物种。
进行对单个物种或者几个样品的叶绿体基因组进行测序，提取方法上一般采用两种方式：①直接提取植物样品总的DNA ，利用叶绿体基因组保守序列设计引物进行长距离PCR 获得叶绿体基因组全序列；②首先分离叶绿体细胞器，再提取叶绿体DNA 。
而采用高通量测序技术同时对多个物种的叶绿体基因组进行测序时，对叶绿体DNA 浓度和纯度要求更高，尽量保证无核基因组DNA 和线粒体DNA 污染。
另外，如无同科同属物种的叶绿体基因组信息，很难找到保守区段的序列设计PCR 引物，利用总DNA 进行叶绿体基因组扩增的方法的可行性相对较差。
因此，利用二代测序仪进行多个物种叶绿体基因组序列测序时，适合采用第二种叶绿体DNA 提取方法。
2.叶绿体基因组测序平台选择单个或者少数几个样品叶绿体基因组序列的测序，由于通量小，传统的Sanger 测序法即可满足其测序要求。
而对多个样品或者批量样品进行叶绿体基因组测序时，采用传统的测序方法费时费力。
随着分子研究技术的不断革新，研发了新一代的测序技术-高通量测序技术。
高通量的测序平台以罗氏（Roche ）公司的454测序平台（Roche GS FLX Titanium ），Illumina 公司的Solexa 基因组分析平台（Illumina/Solexa's GA Ⅱ）和ABI 公司的SOLiD 测序平台（ABI SOLiD3）为代表[25~26]。
与传统的Sanger 测序方法相比，新一代测序技术具有速度快、费用低及通量高的优势（表1），同时这3个大测序平台又各具特色。
Roche GS FLX Titanium 读长最长，平均测序长度可达到400bp ；测序的速度快，一个测序循环只需要0.35天，通常适用于De Novo 测序（从头测序）。
Illumina/Solexa's GA Ⅱ测序通量最大，每个测序反应的数据通量约为200Gb ，费用低廉，每Mb 花费不足2美金，测序一个循环需8天时间，读长相对较短。
ABI SOLiD3每个测序反应的数据通量约为100Gb ，每Mb 花费不足2美金，测序一个循环需12~16天时间，其突出的特色就是具有良好的纠错功能和新的SNP 发掘功能。
针对药用植物叶绿体基因组测序物种选择的标准，对大量不同科属的物种，尤其是对目前尚未报道的叶绿体全基因组科属的物种进行测序，De Novo 测序更符合要求；一次测序多个样品，需要配合不同样品加不同标签技术，因此，选取Roche GS FLX Titanium 测序平台进行多样本的叶绿体全基因组测序可能更为适宜。
