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.     

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。     

基于rbcL和matK序列探讨马鞭草科部分植物的系统学位置

为探究适用于马鞭草科植物的DNA条形码及该类群的系统分类关系,对豆腐柴(Premna microphylla)的叶绿体基因ycf6-psbM、trnV-atpE、rbcL、trnL-F、psbM-trnD、atpB-rbcL、trnC-ycf6、trnH-psbA、rpl36-infA-rps8和核基因ITS序列进行了PCR扩增和测序,结果表明仅rbcL、trnl-F、trnH-psbA序列的PCR扩增以及测序效果较好,而ITS不能得到明显的扩增条带,ycf6-psbM不能成功测序,其它序列存在有部分双峰或噪值高等问题。根据DNA条形码标准,rbcL序列是所有测试条码中相对最适合的。应用rbcL和matK序列对马鞭草科(Verbenaceae)豆腐柴属、牡荆属(Vitex L.)、马鞭草属(Verbena L.)和大青属(Clerodendrum L.)等4属与唇形科宝盖草属(Lamium L.)、水苏属(Stachys L.)、鼠尾草属(Salvia L.)和香科科属(Teucrium L.)等4属的分类和系统发育关系进行分析,以紫草科Lithospermum multiflorum L.为外群,最大简约法对2个片段的单独和联合矩阵分别构建系统发育树。豆腐柴属和大青属应从马鞭草科划入唇形科,马鞭草属仍归于马鞭草科,而牡荆属的系统学位置还需更多的证据。     

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。     

结合叶绿体和核DNA序列变异可提高云杉属物种的分子鉴别率

松科(Pinaceae)云杉属(Picea)植物是北半球广泛分布的重要森林树种,由于频繁的种间杂交渐渗及近期的辐射分化导致种间形态趋同,传统的形态学方法很难准确鉴定该属物种.近期兴起和发展的DNA条形码技术为云杉属物种的划分和鉴定提供了可参考的方法.在云杉属青藏高原种质资源收集过程完成后,选取5个叶绿体DNA片段(matK,rbcL,trnH-psbA,trnL-trnF和trnS-trnG)以及3个核DNA片段(4CL,Sb29和GI),利用PWG-distance和Tree-Building两种方法对青藏高原以及中国其他地区分布的19个云杉属物种83个个体进行了物种鉴别分辨率的评价.研究结果显示单个的叶绿体DNA片段(10.5％ ～26.3％)和核DNA片段(15.8％ ～26.3％)对云杉属物种鉴别的分辨率较低,组合的叶绿体DNA片段的分辨能力(15.8％ ～42.1％)虽然高于单个DNA片段,但分辨率最高的trnH-psbA+trnS-trnG和trnS-trnG+trn L-trnF两个组合也只能达到42.1％;组合的核DNA片段(26.3％ ～36.8％)一样对云杉属物种鉴别存在困难.但是叶绿体DNA片段和核DNA片段的组合可以明显提高对云杉属物种鉴定的分辨率,尤其是trnS-trnG+trn L-trnF+4Cl的组合片段,其分辨率可达到57.9％.因此在将来利用DNA条形码鉴别物种时,在常规DNA条形码片段不起作用的情况下,可采用这种叶绿体DNA片段和核DNA片段组合的方法来鉴定和区分植物物种.     

亚热带森林乔木树种DNA条形码研究——以哀牢山自然保护区为例

作为新一代植物志iFlora的重要组成部分,DNA条形码已经成为物种鉴定中重要且有效的方法。本研究以亚热带森林的乔木树种为研究对象,开展了DNA条形码的尝试性工作。为评估DNA条形码对鉴定亚热带森林树种的有效性,收集并研究了来自哀牢山自然保护区内5l科111属中204个树种的525个乔木个体。结果显示,所选4个DNA片段（rbcL,matK,trnH-psbA和ITS）的PCR扩增成功率都超过90％;测序成功率rbcL和matK最高,分别为90．7％和90．5％,trnH-psbA次之（83．6％）,ITS最低（73．5％）,表明4个片段在亚热带森林乔木中都具有较好的通用性。应用BLAST与NJ Tree两种方法,对物种和属水平的鉴别成功率进行统计,发现单片段中ITS最高,分别为68．4％-81．3％和99．0％～100％,核心条码rkL和matK组合的成功率是52．8％～60．2％和86．7％～90．5％,再与补充条码trnH-psbA和ITS联合,可以成功鉴别74．7％～79．6％哀牢山自然保护区亚热带森林中的乔木物种。由于ITS片段在亚热带森林部分重要树种类群（樟科和壳斗科等）中的测序成功率较差,所以对这些植物类群采用trnH-psbA作为DNA条形码是一个更好的选择。     

利用DNA条形码技术识别植物物种

DNA条形码技术能够快速、准确地识别物种,对于开展基础性的分类学研究和应用性的生物多样性研究极为重要.本文对鼎湖山20 hm²大样地183个植物物种进行DNA条形码测序.结果表明： 单个条形码片段时, psbA-trnH的综合成功率最高(75%),其次是matK(70%)和rbcL(56%);片段组合时,matK+rbcL+psbA-trnH三片段组合的物种水平识别率在87%以上,随后是matK+psbA-trnH(85%)、rbcL+psbA-trnH(83%)和matK+rbcL(81%).综合了亚热带波多黎各的LFDP样地(143个种)和热带巴拿马的BCI样地(296个种)以及圭亚那的Nouragues样地(254个种)3个森林类型的研究结果,评价DNA条形码各片段在4个森林样地的通用性.在热带和亚热带地区的森林样地中,各片段测序成功率分别为rbcL(93%,95.1%)、psbA-trnH(91.5%,94.6%)和matK(68.5%,79.7%).在植物类群水平上,核心条形码片段matK+rbcL组合的物种准确识别率不高,只在局部群落中表现较为理想;而三位点DNA条形码片段组合在热带和亚热带森林样地中综合成功率可达84%和90%.     

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trn H-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.     

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.     

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。