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植物DNA条形码序列筛选与鉴定研究

庞晓慧  
【摘要】: DNA条形码是指用短的、标准的DNA序列作为物种标记来鉴定物种的一种新技术,它是传统形态学分类的有效补充。目前,植物类群中DNA条形码的研究和应用尚处于探索阶段,筛选候选片段、进而确定通用条形码是当前植物条形码研究的首要任务。为了评估候选条形码在植物中的通用性,本文选取了植物主要类群之一裸子植物门作为取样对象进行研究。此外,由于DNA条形码的应用主要集中在属内物种水平,因此本文还专门针对被子植物门中蔷薇科和大戟科两个具体类群进行小范围研究,进而加快植物标准DNA条形码的确定,促进植物完整条形码数据库的建立。综合实验分析结果,得出的主要结论如下: (1)基于扩增效率、种内种间遗传距离、"DNA barcoding gap"和物种鉴定能力四个筛选标准,本文评估了七个DNA片段(psbA-trnH, rbcL, matK, rpoB, rpoCl,ITS和ITS2)对裸子植物鉴定的有效性。研究结果表明ITS2是所选片段中最适合鉴定裸子植物的条形码。为了进一步验证ITS2对裸子植物的鉴定能力,我们扩大了样本范围对其进行评估。对于涵盖12科80属502种的888个样本,ITS2的正确鉴定效率在种水平和属水平分别达到73%和98%。 (2)以蔷薇科植物为研究对象,本文分别对四个DNA片段(rbcL, matK, rpoCl和ITS2)的扩增成功率、遗传距离差异、"DNA barcoding gap"和物种鉴定能力四个方面进行了评估和比较。研究结果表明ITS2是所评估DNA片段中最有潜力的DNA条形码。为了进一步检验ITS2对蔷薇科植物鉴定的有效性,本文基于一个更大的样本量对其进行验证。对于来自96属893种的1410个样本,ITS2可以将其78%的样本正确鉴定到种,属水平的鉴定成功率可达到100%。此外,本文还专门针对蔷薇科中12个富含密切相关种的属进行了研究。结果表明,除了Amelanchier, Alchemilla和Rosa之外,ITS2对其他九个属均有较高的物种鉴定成功率(69%-97%)。对于含有大于100个物种的属(Cliffortia, Prunus和Rubus),ITS2仍能正确鉴定70%的物种。 (3)通过对大戟科植物四个DNA条形码候选序列rbcL, matK, ITS和ITS2在种内种间遗传距离差异,"DNA barcoding gap"以及物种鉴定能力等方面的评估和比较,结果表明,ITS/ITS2非常适合鉴定大戟科植物。为了证明ITS/ITS2的鉴定能力,本文在扩大样本量的基础上对这两个片段进行了进一步评估,对于大戟科66属871种的1183个样本,ITS/ITS2可以成功鉴定大于90%的种以及100%的属。此外,本文还专门研究了ITS/ITS2对大戟科中七个属(Andrachne, Mallotus, Euphorbia, Croton, Phyllanthus, Macaranga and Glochidion)的鉴定能力。结果表明,ITS/ITS2对七个属均有较高的物种鉴定成功率(68%-100%)。对于Euphorbia和Croton两个属,每个属的物种数均大于240个,ITS/ITS2仍能正确鉴定88%-99%的物种。 本研究以裸子植物、蔷薇科以及大戟科为例,系统地分析和比较了不同DNA片段作为植物DNA条形码的鉴定有效性。ITS2在所选取的三个植物分类单元中均有较好表现,因而我们的研究结果表明ITS2有潜力成为植物标准DNA条形码之一。该研究将会给其他植物类群DNA条形码研究提供参考并最终促进植物标准DNA条形码的确定。


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