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獐牙菜亚族是龙胆亚族仅有的姐妹亚族,同属于龙胆科龙胆族。獐牙菜属植物含有当药苦甙等活性成分,是经典的藏药药源植物,具有重要的经济价值。正确鉴别药源植物是利用藏药植物的基础,獐牙菜亚族植物的快速准确的鉴别具有重要的现实价值。
DNA条形码技术是近年发展起来的在物种水平上鉴别动植物的新兴技术。这项技术不依赖于植物的形态学等特征,不需要专门的分类学技能,利用扩增相应的DNA标准片段并测序来快速地鉴别物种,有技术容易掌握和标准化的特点。
本研究选取了CBOL植物工作组推荐的核心条形码标记片段rbcL、matK以及两个补充条形码trnH-psbA和ITS对属于龙胆科獐牙菜亚族及龙胆亚族的的9属40种140个居群的样本进行研究,以评价DNA条形码技术在獐牙菜亚族植物中鉴别中的应用效果和片段的适用性。
对不同片段在本类群中的适用性的评价从以下方面评价:不同片段的PCR成功率、DNA碱基变异率和同过建树分析和距离方法两种途径求得的物种鉴别成功率。本研究同时讨论了条形码片段也为传统的形态分类建立起来的分类系统提供的某些有益的参考。
本研究的主要结果包括:
四个条形码片段均具有较好的引物通用性,其PCR的首次成功率为。matK引物390F和1326R,rbcL引物1F和724R和trnH-psbA引物trnH和psbA和ITS引物18S和26A可作为獐牙菜亚族植物的通用引物。
根据四个DNA的评估,叶绿体非编码序列trnH-psbA片段具有最大的种间和种内平均遗传距离,而rbcL的种间和种内平均遗传距离则最小。Wilcoxon signed rank test检测表明,trnH-pbA与ITS、matK与rbcL的种内变异率差异不显著,ITS的种内变异大于matK,即trnH-psbA=ITS>matK=rbcL。四个片段的种间变异率均有显著差异:trn H-psb A>ITS>matK>rbcL。种内及种间平均遗传距离分布表明五个条形码均没有明显的“Barcoding Gap”(条形码间隙)。
利用建树方法和距离方法两种途径计算的物种鉴别率有较大差距。如trnH-psbA利用建树方法的鉴别成功率为50%,在距离方法中成功率为100%。在建树方法中,ITS的成功率最高,为76.3%,matK其次(70.6%),rbcL为52.5%。除trnH-psbA外,距离方法求得的单片段的鉴别成功率相比建树方法高,rbcL、marK和ITS在Best match模式下的鉴别成功率依次为67.3%、78.1%和85.4%。
在两种计算物种鉴别率的途径中,双片段组合的物种鉴别率均有大幅提高,matK+ITS在建树方法和best match模式下的鉴别率都达到了100%。其它组合在两种途径计算的鉴别率均在83%以上。在建树途径中,多片段组合的鉴别率全部为100%。在距离途径中,ITS+matK+rbcL组合的鉴别率为100%,其它组合在best match模式下的鉴别率均高于95%。
在综合考虑PCR扩增成功率和物种鉴别率的情况下,本研究认为matK和ITS组合是适合本类群物种鉴别的最为经济有效的条形码组合。