柞树(栎属,Quercus)是柞蚕的主要饲料植物,同时在经济、生态、文化和科学研究上均具有重要价值。全世界柞树有450种,广泛分布于北半球的亚洲、欧洲、北美洲和非洲。柞树种间广泛存在的杂交造成了很多共同的种间形态特征和种内形态变异,使得该属的分类异常困难,植物学家对该属植物分类和进化的研究一刻都没有停歇过。叶绿体基因组序列具有较强的保守性等特点,是植物系统发育研究的理想标记。截至2020年3月,在公共数据库中仅有25种柞树(包含本研究测得的4种)的叶绿体基因组可以利用;新的柞树叶绿体基因组的测定(已知种类和/或不同地域的新的个体)对于深入理解柞树的分类与系统发育关系具有重要意义。本研究利用Illumina二代测序技术完成了槲组(Section Quercus)的4种蚕用柞树包括辽东栎(Quercus wutaishanica)、蒙古栎(Q.mongolica)、槲(Q.dentata)和凤城栎(Q.fenchengensis)的叶绿体基因组测序,比较分析了槲组柞树叶绿体基因组的结构特征,结合已公布的其他柞树叶绿体基因组序列重建了它们之间的系统发育关系。取得的主要结果如下:1.首次获得了4种蚕用柞树(辽东栎、蒙古栎、槲、凤城栎)的叶绿体基因组全序列。4种柞树叶绿体基因组的序列长度为161,194-161,296 bp;具有典型的四分体结构,包含一个大单拷贝区(LSC;90,504-90,584 bp)、一个小单拷贝区(SSC;19,036-19,058bp)和一对反向重复区(IR_A和IR_B;25,827-25,822 bp)。均编码134个功能基因,包含86个蛋白编码基因、40个tRNA和8个rRNA基因。基因组的GC含量非常相似,约为36.8%;密码子偏好碱基A和T,尤其是密码子第二位和第三位。辽东栎和凤城栎的叶绿体基因组序列完全一致,这与二者在形态上的差异巨大不一致。2.比较了4种蚕用柞树叶绿体基因组的结构特征。4种蚕用柞树叶绿体基因组高度保守,且IR区域比LSC/SSC区域更加保守。区域边界的比对结果显示,4种柞树叶绿体基因组只有IR_B区域和SSC区域上的ycf1基因发生了变化。对编码区和非编码区的核苷酸多态性(Pi)的分析检测到2个变异度较高的区域,一个位于rbcL-accD间隔区(Pi值为0.01813),另一个位于基因accD内(Pi值为0.01875)。4种柞树叶绿体基因组均含有大量的重复序列和简单重复序列(SSR)。3.基于叶绿体基因组数据探讨了4种柞树的系统发育地位。基于已知的柞树叶绿体基因组序列,采用2个数据集(叶绿体基因组全序列和77个共有的蛋白编码基因序列)和2种建树方法(最大似然法和贝叶斯统计法)所形成的4个拓扑结构是大体一致的,且均获得较高置信度的支持。根据系统发育树,柞树被分为Quercus亚属(Subg.Quercus)和Cerris亚属(Subg.Cerris)2个进化枝,Quercus组和Lobatae组属于Quercus亚属,而Cyclobalanopsis组、Ilex组和Cerris组属于Cerris亚属。本研究证实:4种柞树均属于Quercus组,系统发育关系为((辽东栎/凤城栎+蒙古栎)+槲)。