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棉属植物作为世界上最重要的纤维作物之一,广泛分布于世界各地。棉属包括A-G和K组八个二倍体基因组及一个异源四倍体组AD基因组。然而,长期以来棉属植物的叶绿体基因组进化及其系统发育一直存在争议。本研究利用新一代高通量测序技术,组装和注释棉属六个半野生异源四倍体物种的叶绿体基因组序列,同时结合数据库中已公布的棉属异源四倍体母本供体A基因组和父本供体D基因组的物种数据,对棉属27个物种样品进行叶绿体系统发育基因组学研究,并分析了该属叶绿体基因组tRNA基因的结构变异和进化特点。主要研究成果如下:1.对棉属27个物种样品进行了比较叶绿体基因组学分析。生物信息学分析结果显示,棉属叶绿体基因组较为保守具有典型的四分体结构（LSC,SSC,IRb和IRa）,基因组总长度范围为159,947 bp-160,476 bp。共鉴定出2,590个重复序列和1,808个简单重复序列（SSRs）。棉属叶绿体基因组的变异水平较低,父本供体D组棉种（2.44%）明显高于母本供体A组棉种（0.06%）和异源四倍体AD组棉种（0.66%）,并且非编码区变异水平高于编码区,LSC和SSC区变异水平高于IR区。一共鉴定出七个变异热点区域（trn R-ACG-trn N-GUU,trn M-CAU-atp E,psb Z-trn G-UCC,psb E-pet L,ycf1,atp E和atp B）,这些区域提供了棉属潜在的DNA条形码分子标记。对IR边界的收缩与扩张进行分析,发现rps19与trn H-GUG基因是棉属植物叶绿体基因组进化的“足迹”,并且发现了阿非利加棉（G.heraceum subsp.africanum＿A1-a）和亚洲棉（G.arboretum＿A2）,裂片棉（G.lobatum＿D7）和施温迪茫棉（G.schwendimanii＿D11）,莫利尔棉（G.morrilli＿AD1-MLE）,玛丽加朗特棉（G.mariegalante＿AD1-MLJ）和帕默尔棉（G.palmerii＿AD1-PME）三组棉种的区域边界完全一致,他们也有紧密的亲缘关系。进化分析共检测到6个基因（atp B,atp E,ycf1,cem A,rbc L和rpo C1）受到了正向选择,这可能是棉属物种适应性进化的结果。基于叶绿体系统发育基因组学分析表明,四倍体棉种AD基因组与二倍体棉种A基因组归为一支,D基因组为单独一支,进一步证实异源四倍体AD基因组棉的母本供体为A基因组棉种。分子进化分析结果显示,棉属与可可和木棉分化时间约为49.85（38.55-66.72）百万年,处于始新世早期。棉属起源后不久,大多数棉属物种在相对较窄的时间范围内发生辐射状分化,可能与当时剧烈的地质和气候变迁有关。2.对棉属A组、D组和AD组物种的叶绿体tRNA基因进行重注释,共鉴定出807个tRNA基因。几乎所有tRNA在二级结构上都是保守的“三叶草”结构,且所有tRNA的TΨC环高度保守,拥有一致性序列X0-1-U-U-C-X-A-X2。此外,还发现一些特殊的tRNA结构:首次发现棉属叶绿体tRNAVal和tRNAIle的反密码子环含有一段内含子序列;一些tRNA基因的V环中存在一个环状结构。从tRNA的保守性出发,分析tRNA基因的结构变异,探讨tRNA序列的进化特征,可以进一步揭示tRNA基因的进化历史以及演化机制。