兰属植物DNA条形码研究取得新进展
时间 : 2022-11-14     

物种准确鉴定是开展生物多样性保护、资源可持续利用和系统演化研究的重要前提和保障。兰属(Cymbidium)植物,特别是国兰,包括春兰、惠兰、建兰、墨兰、莲瓣兰等,叶态优美且具有浓郁的甜香味,深受东亚各国人民喜爱,其中不少种类在我国已有两千多年的栽培历史,具有较高的经济、文化、保护和研究价值。该属以中国为分布中心,约70个物种。其物种的准确鉴定,有利于新品种的选育和野生物种的保护与监测,但该属物种的分类鉴定长期以来存在较大争议。  

依托中国科学院昆明植物研究所中国西南野生生物种质资源库的中国植物DNA条形码研究团队在2011年提出将ITS纳入植物核心条形码之后,2013年又以兰属植物为研究对象,提出了“细胞器条形码”的概念,受到国内外同行的广泛关注。最近,该库研究人员同资源植物与生物技术重点实验室张石宝团队合作,在种质资源库采集部、中国科学院植物研究所金效华团队和西双版纳热带植物园郁文彬团队的支持下,对该属植物进行了广泛取样,运用二代基因组测序技术获得了50个物种237个个体的基因组浅层测序数据,据此对兰属植物的物种鉴定开展了深入研究,为兰属的物种鉴定积累了较为完整的DNA条形码参考数据。  

研究人员基于序列分析(Barcoding gaps和ABGD)、建树分析(ML、BI和mPTP)和基因组遗传距离分析(Skmer)等方法对兰属DNA条形码开展了较为深入的研究。结果表明,与标准DNA条形码(rbcL+matK+trnH-psbA)相比,细胞器条形码(质体基因组)的物种识别率从58%提高到68%,Skmer分析的物种识别率则可达到72%。根据不同数据集和分析方法在兰属植物三个亚属的物种识别率,提出了兰属物种优化的鉴定策略,即1)对于兰亚属,可选择标准DNA条形码;2)对于大花兰亚属,可选择细胞器条形码;3)对于建兰亚属,需要新的鉴定技术和方法。不完全谱系分选、人工栽培、自然杂交和叶绿体捕获等,导致质体基因组不能完全鉴定兰属物种。Skmer方法具有最高的物种识别率,主要得益于核基因(可能是单/低拷贝核基因)数据的增加,暗示核基因组数据在困难类群(如建兰亚属)的物种鉴定中能够发挥重要作用,有望成为下一代核条形码。  

研究成果以DNA barcoding of Cymbidium by genome skimming: call for next-generation nuclear barcodes为题发表在本领域国际期刊Molecular Ecology Resources上。硕士研究生张乐为论文第一作者,李德铢研究员、李洪涛研究员和杨俊波正高级工程师为论文通讯作者。研究得到了中国科学院战略性先导科技专项(XDB31000000)、中国科学院大科学装置开放研究项目(2017-LSF-GBOWS-2)、云南省重点研发项目(202103AC100003)和云南省创新团队项目(202105AE160012)的资助。  
 

 

兰属植物质体基因组ML系统发育树,其中节点上的数字表示ML树支持率;红星表示细胞器条形码可以识别,而标准DNA条形码(rbcL+matK+trnH-psbA)不能识别的物种;红色矩形里的为亚属的模式种。