毛茛科白头翁属DNA条形码研究.docx

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1、毛茛科白头翁属DNA条形码研究白头翁属隶属于毛茛科,广泛分布于北半球。该属全球约40种,我国分布有11种。该属植物多含有白头翁素而具有重要的药用价值,但属内形态特征复杂,利用传统分类方法较难鉴定。DNA条形码技术是一种利用DNA片段的物种内特异性和种间多样性,快速、自动地鉴别物种的方法。目前该技术的发展趋势是从通用条形码到叶绿体基因组“超级条形码”以及特定条形码。利用该技术快速有效地鉴别白头翁属植物具有重要的理论意义和应用价值。本研究选取了来自欧、亚、美洲的白头翁属19个代表性物种的52个个体,通过一代测序、二代测序和扫描电子显微观察等方法分别获得了白头翁属52个个体的4个通用

2、条形码片段(ITS、matK、rbcL、trnH-psbA)、7个个体的叶绿体基因组全长序列和8个物种的叶片微形态特征等数据;从评估通用条形码的物种鉴别能力、探究叶片微形态特征与条形码结合的分辨水平、叶绿体基因组比较及系统发育分析三个方面,筛选最佳条形码及条形码组合、验证叶片微形态特征作为辅助条形码的系统学意义并基于叶绿体基因组筛选白头翁属特定条形码,为白头翁属物种的快速鉴定提供参考,主要结果如下:1.白头翁属通用条形码评估:(1)扩增及测序成功率和序列特征:在白头翁属中ITS和trnH-psbA并未受变异位点或插入缺失影响,扩增及测序成功率高(100%);由于部分标本DNA降

3、解严重,较长片段的rbcL和matK扩增较困难,增加分段引物后扩增效率得到改善(扩增成功率96.15%);(2)遗传距离:ITS序列具有最大的种内和种间遗传距离,条形码组合rbcL+matK+trnH-psbA的种间差异最适合用于物种鉴定;(3)序列相似性:单片段中ITS和trnH-psbA鉴定成功率最高(79.06%),条形码组合中ITS+matK鉴定成功率最高(83.72%);(4)物种分辨率:物种分辨率较高的条形码组合是rbcL+trnH-psbA(70.73%)和rbcL+matK+trnH-psbA(58.54%)。综上四个方面研究,推荐在白头翁属内,ITS为最佳单片

4、段条形码,rbcL+matK+trnH-psbA为最佳组合条形码。2.白头翁属物种鉴定:基于条形码片段ITS和条形码组合rbcL+matK+trnH-psbA分别建立白头翁属的贝叶斯树,结果表明本研究所涉及的19个物种分为三个单系分支,与白头翁属经典分类系统的三个亚属Subg.Kostyzewianae、Subg.Preonanthus、Subg.Pulsatilla相对应;在亚属Subg.Pulsatilla内,多数相同物种的个体分别聚为单系支,但基于ITS树和matK+rbcL+trnH-psbA系统树在拓扑结构上存在差异,推测白头翁属物种间可能存在杂交、不完全谱系分选或基

5、因渐渗等情况;结合白头翁属Subg.Pulsatilla亚属物种的叶片微形态特征分析,发现叶表皮毛密度及长度、气孔密度及类型、叶表皮细胞纹饰等特征具有重要的系统学意义,可用于区分白头翁属部分近缘物种。3.白头翁属叶绿体基因组系统发育分析及特定条形码筛选:通过二代测序得到白头翁属7个物种的叶绿体基因组序列,并结合已发表的白头翁属4个物种叶绿体基因组序列,构建系统发育树。结果表明,这11个物种被分为三支并且具有极高的支持率,证明叶绿体基因组或可作为白头翁属物种鉴定的超级条形码。通过叶绿体基因组序列变异位点滑窗分析,发现变异热点在非编码区有rps16-matK、rps4-rps16、

6、ndhC-trnV、psbE-petL、ndhD-ccsA、ccsA-ndhF,在编码区有ndhF、ycf1,共8个片段;并对其进行序列特征分析和系统发育分析,发现其变异介于ITS与叶绿体通用条形码组合之间,可作为白头翁属候选特定条形码,其具体的物种分辨能力还需要进一步评估。