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菊科药用植物DNA条形码及叶绿体基因组研究

胡志刚  
【摘要】:菊科植物药用种类繁多,来源于菊科菊属的中药材主要有菊花和野菊花,长期以来受到自然杂交、人工选择以及环境条件等影响,产生了各种各样的变异,传统的中药鉴定方法很难从本质上把握其真正的生物学本质。因此亟需寻找一种更有效的鉴定方法对此类亲缘关系较近的物种以及同一物种的不同种群实现成功鉴定 DNA条形码技术是利用一段相对通用、有足够变异、易扩增且相对较短的DNA片段来实现对物种的快速成功鉴定。前期对菊科物种DNA条形码鉴别研究中,I TS2序列在本领域热点候选序列中综合评价指标最优。本研究采用ITS2序列来鉴定菊科近缘种植物,考察其在亲缘关系较近的物种间及种内样本间的鉴定效率。选取菊科63个样本,包括菊属11个物种的62个样本和母菊属1个样本,提取其总DNA并扩增出ITS2序列,经测序后进行序列拼接,得到63个样本的ITS2序列。数据分析结果表明,菊属植物I TS2序列变异位点较少,正确鉴定到属的序列为96.8%,正确鉴定到种的序列为87.3%,能正确区分种间及种内差异的序列仅为12.7%。 叶绿体具有独立的基因组DNA,以母性遗传为主,其结构和功能高度保守。叶绿体全基因组序列长度达100kb以上,植物DNA条形码序列多来自叶绿体基因序列。它比传统的DNA条形码具有更强的分辨力和更好的通用性,有可能成为潜在的物种鉴定的超级条形码,且在植物DNA条形码筛选、系统进化分析、叶绿体基因工程等领域应用前景广阔,也可能在药材道地性研究方面发挥潜在作用。 本研究对菊科菊属药用植物菊花、神农香菊和来源于江苏、河南、浙江的三个野菊样本的叶绿体基因组进行研究。提取以上5个样本的叶绿体基因组DNA并纯化,运用第二代高通量测序技术进行测序和序列拼接后,得到5条完整的叶绿体全基因组序列;并对其实现成功注释,获得了各自的叶绿体基因组物理图谱。对5个样本的叶绿体基因组结构、基因种类等进行了初步的比较分析,为后期的中药材DNA条形码筛选和药材道地性研究等工作奠定了基础。选取NCBI上已发布的4个菊科物种和本研究获得的5个叶绿体基因组序列,以本课题组前期研究获得的木兰科紫玉兰叶绿体基因组序列作为外类群,共10个样本53个共有蛋白编码基因进行系统进化分析,分别以最大简约(MP)法和最大似然(ML)法构建系统发育树。建树结果表明,叶绿体基因组序列可以成功区分菊科各个不同的物种,菊花和野菊也能得到有效区分,野菊的三个不同种群聚成一枝,证明了叶绿体基因组具备成为物种鉴定超级条形码的潜力。


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