阴地蕨属(Botrychium Sw.)植物隶属阴地蕨科(Botrychiaceae),我国约有12种,分布于全国各地。该属植物具有清热解毒、利水消肿、平肝熄风等功效,民间多用来治疗毒蛇咬伤和肺热咳嗽等,是常用的民间药。目前关于本属植物的分类学研究仍然存在诸多争议。尚不明确的分类学现状对该属药用植物的资源保护和开发利用极为不利。为明确阴地蕨属药用植物的分类学位置及重要光合作用基因分子进化机制,本研究以5种阴地蕨属药用植物的叶绿体基因组DNA为模板,通过设计特异性引物对mat K、rbcL和psaA三种基因编码区全序列进行克隆测序,并联立GenBank中的报道序列将54种蕨类植物作为相关类群,基于“放松分子钟”模型利用贝叶斯法构建系统发育树,分析了不同数据集进行系统发育重建的可信度,并讨论了阴地蕨属植物的系统学位置及5种阴地蕨属药用植物之间的亲缘关系;随后开展了蕨类植物中常见物种MATK蛋白的适应性进化、共进化研究,并预测了其理化性质。系统发育研究表明:(1)在蕨类植物系统发育研究中,matK基因构建系统发育树的可信度高于rbcL基因和psaA基因,在蕨类植物分子系统学研究中有巨大的应用潜力,而matK基因与rbcL基因和psaA基因联合后能显著提升系统发育重建的可信度;(2)7个不同数据集的系统发育关系中阴地蕨属植物均与其他瓶尔小草科成员以较高后验概率(后验概率大于99%)聚为一支,表明阴地蕨属属于瓶尔小草科;(3)本研究所选的5种阴地蕨属药用植物中,药用阴地蕨和阴地蕨聚为一支且亲缘关系较近,华东阴地蕨和蕨萁聚为一支且亲缘关系较近,而劲直阴地蕨则单独聚为一支。与此同时,基于获取的5种阴地蕨属药用植物的matK基因对其编码区全序列及编码产物进行生物信息学分析,并利用PAML软件运行氨基酸位点正选择模型对蕨类植物matK基因进行适应进化分析,通过分子内共进化网络估算方法对蕨类植物MATK蛋白进行共进化研究。序列分析结果显示:(1)5种阴地蕨属药用植物matK基因全长为1500~1503bp,C+G含量范围是41.32%~42.47%,共有106个变异位点,其中大多数变异位点处于三联密码子第3位核苷酸;(2)其编码产物MATK蛋白包含498~499个氨基酸,氨基酸序列中最多的氨基酸为精氨酸。蛋白质理化性质分析结果显示:(1)5种阴地蕨属药用植物的MATK蛋白均为不稳定的亲水性蛋白且无跨膜结构;(2)阴地蕨属植物MATK蛋白的二级结构的主要构成成分为α-螺旋和无规则卷曲,三级结构共有药用阴地蕨类和劲直阴地蕨类两种类型。适应性进化和共进化分析结果表明:蕨类植物MATK蛋白中存在多个曾经历过正选择的氨基酸位点,且MATK蛋白内部有多对氨基酸位点形成共进化组(对),MATK蛋白通过适应性进化和共进化网络协同作用方式提升蕨类植物对新光合环境的适应能力。本研究为认识阴地蕨属药用植物的野外资源生存状况提供了数据支持和理论支撑。阴地蕨属在进化中出现了很多适应当前环境的变异,足以解释其孑遗状态。上述结论对将来阴地蕨属药用植物资源的开发提供了基础数据。