姜属(Zingiber Mill.)是姜科(Zingiberaceae)植物中遗传多样性丰富的一个大属,广泛分布于亚洲的热带亚热带地区,其中许多种具有重要的食用、药用和观赏价值。经典的形态学分类方法可将姜属植物分为3组,分别为sect.Zingiber、sect.Pleuranthesis和sect.Cryptanthium。然而,因分子标记信息位点不足或取样受限,致使姜属植物种间系统发育的关系不清楚。本研究以代表属下分类等级多样性为原则,分别选取姜属20个物种的叶绿体基因组数据和姜属74个物种的核基因ITS序列数据,应用最大似然法(ML)和贝叶斯方推断法(BI)重建姜属系统发育树,分析了姜属植物叶绿体基因组及ITS序列结构变异特征和进化模式,旨在的探明姜属植物种间的系统发育关系。研究结果如下:(1)姜属植物叶绿体基因组相对保守,鉴定出8个高变区。通过对姜属20个物种的叶绿体基因组大数据比对分析,姜属植物叶绿体基因组呈现多数被子植物典型的四分体结构,基因组大小为162,507-163,711 bp,包括一个大单拷贝区LSC(86,986-88,200 bp)、一个小单拷贝区SSC(15,498-15,891 bp)和一对反向重复区IRs(29,765-29,934bp)。基因组结构、基因含量、氨基酸频率和密码子使用模式在物种间表现出较高的保守性,反向重复区的收缩与扩张并不明显。姜属植物叶绿体基因组中共鉴定出8个高变区,包括7个基因间区(pet A-pab J、rbc L-acc D、rpl32-trn L、rps16-trn Q、trn C-psb M、psb C-trn S和ndh F-rpl32)和1个基因区(ycf1),可作为潜在的分子标记用于后续的物种鉴定研究。选择压力分析结果表明,姜属植物叶绿体基因组中共有16个基因受到正向选择作用,分别为ccs A、ndh A、ndh B、pet D、psb A、psb B、psb C、rbc GW4869 IC50L、rpl12、E7080半抑制浓度rpl20、rpl23、rpl33、rpo C2、rps7、rps12和ycf3,这些基因可能在姜属植物适应性进化中发挥重要作用。(2)姜属植物系统发育关系产生核质冲突。首次呈现了新测序的14种姜属植物(包含7种中国特有的姜属物种)叶绿体基因组数据,联合已公布的6个物种叶绿体数据,共20个姜属物种,进行了系统发育树构建。结果表明:20种姜属植物被分为3个组:sect.Zingiber、sect.Pleuranthesis和sect.Cryptanthium。sect.Pleuranthesis只包含一个物种Z.ellipticum,位于进化树基部,与其余两组成员形成姐妹群关系,与Theerakulpisut2012基于ITS序列数据得出sect.Zingiber和sect.PleurantheSecond-generation bioethanolsis形成姊妹关系的分组结果不一致,产生核质冲突的原因,需要进一步深入研究。(3)姜属植物ITS变异位点较丰富,但物种间遗传距离较小,仅0.089。通过对姜属74种植物的核基因ITS序列进行结构特征比对分析,姜属植物ITS序列存在较为丰富的变异位点,占位点总数的46.63%;物种间遗传距离较小,平均遗传距离为0.089;系统发育树将姜属植物分为4个谱系分支,支持Z.engganoense单独形成分支Ⅰ,位于进化树基部,分支Ⅲ和分支Ⅳ与分支Ⅱ形成姐妹群关系。基于基因组重测序数据对姜属植物进行了系统发育研究,分析了姜属植物叶绿体基因组与核基因ITS序列的结构变异特征和进化模式,重建了姜属植物的分子系统发育树,为后续深入阐述姜属植物系统进化关系、资源开发和种质鉴定提供了理论基础。