【摘 要】
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[目的]白珠树属Gaultheria隶属于杜鹃花科Ericaceae越桔亚科Vaccinioideae,因其富含水杨酸甲酯而闻名。在我国主要分布在长江流域以南地区。该属9个物种具有重要的药用价值,不仅被我国10个以上少数民族作为民族药广泛使用,还可用于中成药或者复方制剂的生产。但是,不同物种的白珠树属药材在化学成分的种类与含量以及药理作用方面存在较大差异。因此,为保证该类药材的开发与利用,有必要在
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目（41671052） 国家自然科学基金地区基金项目（No.31960080）；
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[目的]白珠树属Gaultheria隶属于杜鹃花科Ericaceae越桔亚科Vaccinioideae,因其富含水杨酸甲酯而闻名。在我国主要分布在长江流域以南地区。该属9个物种具有重要的药用价值,不仅被我国10个以上少数民族作为民族药广泛使用,还可用于中成药或者复方制剂的生产。但是,不同物种的白珠树属药材在化学成分的种类与含量以及药理作用方面存在较大差异。因此,为保证该类药材的开发与利用,有必要在工业制药的药料采收过程中,寻找快速、高效的方法对其非标准材料进行物种鉴定。但是,以往的研究主要集中在药效成分或者药理作用方面开展,对该属物种基原鉴定的研究较少。另外,除9种药用植物之外,白珠树属在中国还分布了其它38个物种,被划分为4个支系（核心东亚分支、Chiogenopsis 分支、Gymnobotrys 分支和 Sympodiobotrys 分支）。其中核心东亚分支有39个种,但由于其经历了网状进化与快速辐射演化,过去通过多基因片段的系统发育分析未能解决该分支的系统发育关系。本研究希望通过高通量测序方法获得其完整的质体基因组,并对其结构进行分析,基于质体基因组对9种药用植物进行准确鉴定,同时筛选出适用于该类药材鉴定的候选DNA条形码,此外,基于质体基因组探索该属核心东亚分支39个物种的系统发育关系。[方法]采用Illumina测序技术获得中国白珠树属42个物种124条质体基因组数据,包括核心东亚分支39个物种和3个来自其它分支的物种;采用MAFFT和MAUVE比对工具对其中9种药用植物42个样品的质体基因组进行了结构比较分析;使用MISA和REPuter在线软件等分析其质体基因组中的重复序列;此外,采用DnaSP分析核苷酸多态性（Nucleotidediversity,Pi）筛选Pi值较高的热点区域,用作该类药用植物的候选DNA条形码,然后采用最大似然法构建系统发育树用以评估这七个候选DNA条形码的鉴定能力;最后,我们利用白珠树属42个物种的124条质体基因组,采用多个体取样和系统发育方法对白珠树属核心东亚分支进行了系统发育分析,解析种间和种下亲缘关系。[结果]（1）中国白珠树属药用植物质体比较基因组学分析显示:该类物种质体基因组是由一对反向重复区（Invertedrepeat,IRs）、一个大单拷贝区（Large single copy,LSC）和一个小单拷贝区（Smallsinglecopy,SSC）构成的典型四分体结构。白珠树属药用植物质体基因组总长度为174,337bp到182,430bp,GC含量为36.5%到36.7%之间。检测到110个非重复基因,其中包含76个蛋白编码基因、30个tRNA基因和4个rRNA基因。9种药用植物的42条质体基因组共鉴定出2740条简单重复序列和9475条长重复序列。长重复序列最长可长达1700bp左右。检测到3个由于长重复序列导致的重复基因,分别是trnfM（四个拷贝）、rps14（三个拷贝）和rpl23（三个拷贝）。此外,白珠树属药用植物质体基因组的IR区在物种水平上存在不同程度的扩张,尤其是滇白珠IR区向SSC区扩张至ndhF基因,导致SSC区没有基因存在。共线性研究表明,滇白珠质体基因组有6个个体在LSC区出现约14kb的倒置。（2）白珠树属药用植物鉴定结果显示:作为超级条形码的质体基因组可成功从分子水平对每一个物种进行鉴别。本研究共选出七个候选DNA条形码,即:infA、ndhF、psaI-trnM、rps3-rpl16、trnQ-psaA、trnV-rps12、ycf3-trnK,其中 trnV-rps12区域可以成功地鉴别白珠树属9个药用物种,trnQ-psaA区域可以鉴定出8个物种,ndhF编码区可以鉴定出7个物种,ycf3-trnK和psaI-trnM区域分别可以鉴定出6个物种,rps3-rpl16可鉴别出5个物种,infA编码区可以鉴定出4个物种。（3）白珠树属核心东亚分支质体基因组系统发育结果显示:与前期研究结果一致,白珠树属核心东亚分支的39个物种被分为两个大的分支,大叶类群分支和小叶类群分支。小叶类群可划分为7个分支,长梗白珠最先从该分支分化出来。小叶类群的每个分支均得到了较高支持率,充分解决种间的系统发育关系。大叶类群可划分为8个分支,但最晚分化的由6个物种构成的分支,其内部系统发育分辨率较低,种间关系没有较好的解决;除该分支之外的其它7个分支在物种水平上得到了较高的支持率,种间的系统发育关系基本得到解决。[结论]本研究利用质体基因组数据,成功从分子水平上鉴定出白珠树属9种药用物种的所有物种,并且筛选出用于鉴定非标准材料的候选DNA条形码。发现了该属存在一些不同于大多数被子植物的独特结构变异,如:重复片段、基因复制、以及序列倒置等事件。采用质体基因组基本解决了白珠树属核心东亚分支的系统发育关系,丰富了被子植物质体基因组及结构特征的数据,为杜鹃花科质体基因组学的进一步研究提供了基础。
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