蒟蒻薯属 (薯蓣科) 植物DNA条形码研究

蒟蒻薯属（Tacca）植物种间在形态上差别不大,导致分类上存在一定的困难。DNA条形码是一种利用短的DNA标准片段来鉴别和发现物种的方法。本研究利用核基因ITS片段和叶绿体基因trnH psbA, rbcL, matK片段对蒟蒻薯属6个种的DNA条形码进行研究,对4个DNA片段可用性,种内种间变异,barcode gap进行了分析,采用Tree based和BBA两种方法比较不同序列的鉴定能力。结果显示：单片段ITS正确鉴定率最高,片段组合rbcL+matK正确鉴定率最高。支持CBOL植物工作组推荐的条码组合rbcL+matK可作为蒟蒻薯属物种鉴定的标准条码,建议ITS片段作为候选条码。丝须蒟蒻薯Tacca integrifolia采自西藏的居群与马来西亚居群形成了2个不同的遗传分支,且两者在形态上也存在一定的差异,很可能是一个新种。     

中国秋海棠属 (秋海棠科) 植物的DNA条形码评价

秋海棠属植物种类繁多,形态变异多样,导致种类的系统放置混乱,近缘种类鉴定困难。利用DNA条形码实现物种快速准确的鉴定技术具有不受形态特征约束的优势,为秋海棠属植物的分类鉴定提供了新的方法。本研究选择4个DNA条形码候选片段（rbcL,matK,trnH psbA,ITS）对中国秋海棠属26种136个个体进行了分析。结果显示：叶绿体基因rbcL,matK和trnH psbA种内和种间变异小,对秋海棠属植物的鉴别能力有限;ITS/ITS2种内和种间变异大,在本研究中物种正确鉴定率达到100%/96%,可考虑作为秋海棠属DNA条形码鉴定的候选片段。研究结果支持中国植物条形码研究组建议将核基因ITS/ITS2纳入种子植物DNA条形码核心片段中的观点。     

植物DNA条形码技术

DNA条形码技术是利用标准的、具有足够变异的、易扩增且相对较短的DNA片段在物种内的特异性和种间的多样性而创建的一种新的生物身份识别系统,从而实现对物种的快速自动鉴定。尽管这一技术在理论上和具体应用上仍存在很多争论。但DNA条形码概念自2003年由加拿大分类学家Paul Hebert首次提出后就在世界范围内受到了广泛关注。在植物类群中条形码的研究和应用尚处于探索阶段,稍落后于对动物类群的研究,这主要表现在：（1）DNA条形码的选择及其评价仍没有统一的标准：（2）对类群较全面的形态分类学修订和植物DNA条形码研究的结合十分缺乏：（3）以往研究在取样上尺度较大,而对具体类群的研究较少,一个科或一个属只用有限的种类作为代表,同一种内的取样个体数量也不足,这样虽然表面上看来利用选定的DNA条形码可以较容易地把代表物种区分开,但实际上目前建议的植物DNA条形码（例如由生命条形码咨询委员会植物工作组最近提出的rbcL和matK）由于其分子进化速率较慢,在种级水平上,特别是对于那些经历了适应辐射或快速进化的属来说,分辨率较低。而DNA条形码的应用主要集中在属内物种水平的鉴别,因此只有针对具体类群进行探索研究,发现进化速率较快、分辨率高且通用性好的条形码,才可能为建立完整的条形码数据库起到积极有效的作用。     

中国秋海棠属（秋海棠科）植物的DNA条形码评价

秋海棠属植物种类繁多,形态变异多样,导致种类的系统放置混乱,近缘种类鉴定困难。利用DNA条形码实现物种快速准确的鉴定技术具有不受形态特征约束的优势,为秋海棠属植物的分类鉴定提供了新的方法。本研究选择4个DNA条形码候选片段（rbcL,matK,trnH-psbA,ITS）对中国秋海棠属26种136个个体进行了分析。结果显示：叶绿体基因rbcL,matK和trnH-psbA种内和种间变异小,对秋海棠属植物的鉴别能力有限：ITS／ITS2种内和种间变异大,在本研究中物种正确鉴定率达到100％／96％,可考虑作为秋海棠属DNA条形码鉴定的候选片段。研究结果支持中国植物条形码研究组建议将核基因ITS／ITS2纳人种子植物DNA条形码核心片段中的观点。     

姜科砂仁属植物DNA条形码序列的筛选

砂仁属（Amomum）隶属于姜科,全属约150种,我国有39种。该属多种植物可作药物或香料,但目前砂仁属的分类还不清楚,准确鉴定物种有很大难度。本研究利用DNA barcoding技术,对砂仁属50种121个个体的matK、rbcL-a、trnH-psbA序列及其不同组合进行比较,用Taxon DNA计算种间、种内bar-coding gap,运用相似法的BLASTn计算条码的正确鉴定率,筛选适合砂仁属的条码片段。结果显示：所有条码的barcoding gap均不存在;matK的正确鉴定率高于trnH-psbA和rbcL-a,联合片段的条码正确鉴定率高于单片段条码,三个片段联合条码的正确鉴定率最高。因此,推荐matK＋rbcL-a＋trnH-psbA作为砂仁属物种鉴定的候选条码。     

DNA条形码在中国金合欢属中的应用

根据形态特征难以准确地辨别金合欢属植物,DNA条形码技术提供了一种准确地鉴定物种的方法。本文利用条形码技术对中国金合欢属物种的序列(psbA trnH、matK、rbcL和ITS)及其不同组合进行比较,通过计算种内和种间变异进行barcoding gap分析,运用Wilcoxon秩和检验比较不同序列的变异性,构建系统树。结果表明：4个片段均存在barcoding gap,ITS序列种间变异率较psbA trnH、rbcL和matK序列有明显优势,单片段ITS正确鉴定率最高,ITS+rbcL片段联合条码的正确鉴定率最高,因此我们认为ITS片段或条形码组合ITS+rbcL是金合欢属的快速鉴别最理想的条码。     

悬钩子属DNA条形码通用序列的初步筛选

为了建立悬钩子属（Rubus）植物的DNA条形码分子鉴定技术,筛选获得适用于悬钩子属植物的通用条形码序列。该研究基于GenBank数据对ITS、ITS2、matK、rbcL、trnH-psbA、trnL-trnF 6个DNA条形码序列进行了遗传变异、barcoding gap、建树等评估分析。结果显示,trnH-psbA、matK、rbcL、rtnL-trnF的种内变异与种间变异差异较大,变异分辨率分别为97.32%、83.33%、79.07%、64.95%,存在较大的barcoding gap;NJ一致树分析显示,matK的单系性比例最高（67%）,其次为trnH-psbA（64%）,rtnL-trnF（43%）,rbcL（30%）。结果表明,悬钩子属植物的matK与trnH-psbA序列种内变异与种间变异差异较大,能较好地区分不同物种,具有较大的鉴定潜力。建议将matK和trnH-psbA作为悬钩子属植物鉴定的核心条形码序列,rtnL-trnF、rbcL作为辅助条形码序列。     

地黄属植物的DNA条形码研究

地黄属(Rehmannia)为玄参科(Scrophulariaceae)药用植物,广泛分布于中国中东部及北部地区。由于地黄属植物经历了快速成种,导致其属内物种间形态性状差异较小,运用传统的形态学分类方法已难以准确地鉴定物种,近年来迅速发展起来的DNA条形码技术为快速、准确地鉴别物种提供了新思路。本研究选用3个叶绿体DNA非编码区片段(trn L-trn F、trn M-trn V和trn S-trn G)及核基因ITS片段,运用PWG-distance和TreeBuilding两种方法对地黄属5个物种75个个体进行了DNA条形码分析。结果表明:单个叶绿体DNA片段或核基因ITS片段对地黄属物种的鉴别率较低(0%~20%),组合的叶绿体DNA片段分辨能力虽然高于单个DNA片段,但并不能将地黄属5个物种完全区分开;trn S-trn G+ITS片段组合的分辨率可达100%,能够将地黄属5个物种准确区分,与所有叶绿体DNA片段和核基因ITS片段组合(trn L-trn F+trn M-trn V+trn S-trn G+ITS)的辨别率相同,因此推荐trn S-trn G+ITS作为地黄属植物的标准条形码。此外,利用DNA条形码鉴别物种时,可采用叶绿体DNA片段和核DNA片段组合的方法来提高物种鉴定的成功率。     

中国蜘蛛抱蛋属植物DNA条形码研究

利用植物DNA条形码候选序列mat K、psb A-trn H、psb K-psb I和rbc L对蜘蛛抱蛋属(Aspidistra)植物的19种104批样品进行扩增和测序,并采用相似性搜索算法(BLAST)对各序列的鉴定效率进行评价,得出蜘蛛抱蛋属物种鉴定的最佳序列。结果显示,psb K-psb I的物种鉴定成功率为88.7%,在单一序列中成功率最高。通过多序列组合鉴定效率的比较,发现组合序列的鉴定成功率明显高于单一序列,其中mat K+(psb K-psb I)组合的鉴定成功率高达100%,基于该序列组合构建蜘蛛抱蛋属植物的系统发育树,结果显示同一物种的样品聚集度较好,多表现为单系。研究结果表明mat K+(psb K-psb I)序列组合可作为蜘蛛抱蛋植物种鉴定的最佳条形码序列。     

基于芸香科的植物通用DNA条形码研究

植物DNA条形码研究是近10年来进展最迅速的学科之一,其通用序列的筛选一直是该领域研究的热点问题.2009年,生命条形码联盟植物工作组推荐rbcL+matK组成复合序列作为植物通用条形码,但其研究对象中近缘属、种较少,且物种水平鉴定成功率仅为72%,所以仍在进行验证和新序列的研究工作.本研究选取nrDNAITS2序列,利用其具有Ⅱ级结构的特性、通过不同物种类型模型判定全长,将其和目前热点候选序列(matK,rbcL,psbA-trnH,rpoC1,ycf5)及nrDNAITS序列针对芸香科72属192种300个样本进行比较,试图在同一科属下更多近缘种存在时,真实判定候选序列的鉴定能力.结果表明,自行设计引物的ITS2序列具有较好的PCR扩增和测序成功率,在所考察的候选序列中具有最大的种间变异和较小的种内变异,且两者存在极显著差异,同时物种鉴定成功率最高,各评价指标均优于其他候选序列.证实ITS2序列在单一科属内的\"高效性\",故推荐其作为植物DNA条形码通用序列之一.     

Molecular identification of species in Juglandaceae:A tiered method

DNA barcoding is a method of species identification and recognition using DNA sequence data. A tiered or multilocus method has been recommended for barcoding plant species. In this study, we sampled 196 individuals representing 9 genera and 54 species of Juglandaceae to investigate the utility of the four potential barcoding loci (rbcL, matK, trnH-psbA, and internal transcribed spacer (ITS)). Our results show that all four DNA regions are easy to amplify and sequence. In the four tested DNA regions, ITS has the most variable information, and rbcL has the least. At generic level, seven of nine genera can be efficiently identified by matK. At species level, ITS has higher interspecific p-distance than the trnH-psbA region. Difficult to align in the whole family, ITS showed heterogeneous variability among different genera. Except for the monotypic genera (Cyclocarya, Annamocarya, Platycarya), ITS appeared to have limited power for species identification within the Carya and Engelhardia complex, and have no power for Juglans or Pterocarya. Overall, our results confirmed that a multilocus tiered method for plant barcoding was applicable and practicable. With higher priority, matK is proposed as the first-tier DNA region for genus discrimination, and the second locus at species level should have enough stable variable characters.     

Testing four proposed barcoding markers for the identification of species within Ligustrum L.(Oleaceae)

DNA barcoding is a biological technique that uses short and standardized genes or DNA regions to facilitate species identification. DNA barcoding has been used successfully in several animal and plant groups. Ligustrum (Oleaceae) species occur widely throughout the world and are used as medicinal plants in China. Therefore, the accurate identification of species in this genus is necessary. Four potential DNA barcodes, namely the nuclear ribosomal internal transcribed spacer (ITS) and three chloroplast (cp) DNA regions (rbcL, marK, and trnH-psbA),were used to differentiate species within Ligustrum. BLAST, character-based method, tree-based methods and TAXONDNA analysis were used to investigate the molecular identification capabilities of the chosen markers for discriminating 92 samples representing 20 species of this genus. The results showed that the ITS sequences have the most variable information, followed by trnH-psbA, matK, and rbcL. All sequences of the four regions correctly identified the species at the genus level using BLAST alignment. At the species level, the discriminating power of rbcL, matK, trnH-psbA and ITS based on neighbor-joining (NJ) trees was 36.8%, 38.9%, 77.8%, and 80%,respectively. Using character-based and maximum parsimony (MP) tree methods together, the discriminating ability of trnH-psbA increased to 88.9%. All species could be differentiated using ITS when combining the NJ tree method with character-based or MP tree methods. Overall, the results indicate that DNA barcoding is an effective molecular identification method for Ligustrum species. We propose the nuclear ribosomal ITS as a plant barcode for plant identification and trnH-psbA as a candidate barcode sequence.     

Testing four barcoding markers for species identification of Potamogetonaceae

The pondweeds (Potamogetonaceae) are among the most important plant groups in the aquatic environment. Owing to their high morphological and ecological diversity, species identification of this aquatic family remains problematic. DNA barcoding involves sequencing a standard DNA region and has been shown to be a powerful tool for species identification. In the present study, we tested four barcoding markers (rbcL, matK, internal transcribed spacer (ITS), and trnH-psbA) in 15 Potamogeton species and two Stuckenia species, representing most species of the Potamogetonaceae in China. The results show that all four regions can distinguish and support the newly proposed genera of Stuckenia from Potamogeton. Using ITS and trnH-psbA, significant interspecific genetic variability was shown. However, intraspecific genetic variability of trnH-psbA is high and so it is not suitable for barcoding in Potamogetonaceae. The ITS and matK regions showed good discrimination. However, matK was not easy to sequence using universal primers. The best performing single locus was ITS, making it a potentially useful DNA barcode in Potamogetonaceae.     

植物DNA条形码促进系统发育群落生态学发展

系统发育群落生态学是近年兴起的一个重要牛态学研究分支,它以群落生态学为基础并引入了系统发育的分析方法,全面动态地反映了群落中物种内和物种间的相互作用关系,揭示了群落格局形成的生态学过程,研究了生物多样性的形成及维持机制.巴拿马BCI(Barro Colorado Island)样地的成功例子说明,在固定样地进行长期的群落生态与系统发育研究切实可行且极具意义;DNA条形码的快速兴起对这一研究发挥着重要作用.本文先列举了群落生态与系统发育综合分析能解决的群落系统发育结构、群落生态位结构、生物地理学和性状进化等生态学问题;接着介绍了标准植物DNA条形码以及利用片段组合(rbcL+matK+trnH-psbA)进行快速物种识别和近缘种区分、精确群落系统发育关系的构建以及群落生态学研究;随后提出DNA条形码研究在类群水平上需注意两片段的条形码组合(matK+rbcL)在同属种鉴别能力上的不足,而在较大尺度群落水平上需对实验设计进行优化.DNA条形码将为探讨物种多样性及其维持机理、系统发育beta多样性以及群落水平上功能性状进化研究提供新的思路.