摘要
目的：天门冬属（Asparagus L.）为多年生草本植物，具有重要的观赏、食用和药用价值。目前《Flora of China》收载国内天门冬属植物有31种，但对该属植物的研究多集中于少数种的栽培、化学及药理等方面，缺乏该属植物亲缘关系的系统性研究。此外，由于植物形态变化差异较大，该属物种鉴定也存在一定的困难。本研究新测序和组装21种天门冬属植物共42份样品的叶绿体基因组和nrDNA片段，结合已发表的序列，旨在：（1）揭示国产天门冬属植物叶绿体基因组特征。（2）阐明国产天门冬属植物的亲缘关系。（3）开展天门冬属植物超级条形码研究并对其鉴定能力进行初步评估。 方法：（1）通过比较天门冬属叶绿体基因组在结构和序列上的差异，筛选具有高核苷酸多态性的序列，揭示天门冬属植物叶绿体基因组特征；（2）基于叶绿体基因组和nrDNA重建系统发育树，确定国内天门冬属药用植物的亲缘关系；（3）通过比较超级条形码、nrDNA、通用条形码（matK，trnH-psbA，rbcL）和高变区序列的矩阵特征、物种鉴定能力和K2P遗传距离等方面对超级条形码的鉴别能力进行初步评价。 结果：（1）叶绿体基因组大小为156,208 bp–157,139 bp，GC含量含量为37.5%–37.6%。叶绿体基因组均含有114个单拷贝基因，包括80个蛋白编码基因，30个转运RNA（tRNA）和4个核糖体RNA（rRNA），仅ycf15基因发生了假基因化。结构和序列差异分析未发现叶绿体基因组交界区扩张/收缩和结构重排现象。此外，从叶绿体基因组中筛选出23个高变区（rbcL、ycf1、accD、atpE、trnK-rps16、rps16-trnQ、trnS-trnG、rpoB-trnC、trnC-petN、trnS-psbZ、trnT-trnL、ndhC-trnV、rpl32-trnL、ccsA-ndhD、rps15-ycf1、ndhG-ndhI、petD-rpoA、rps4-trnT、trnL-trnF、trnE-trnT、psaI-ycf4、psbA-trnK、rrn4.5-rrn5）。（2）在基于叶绿体基因组构建的系统发育树中，国内天门冬属植物分成五个支，文竹（Asparagus setaceus）和南非文竹（A. virgatus）位于系统发育树的基部；其次是松叶武竹（A. macowanii）、非洲天门冬（A. densiflorus）和武竹（A. aethiopicus）聚成第二支；天门冬（A. cochinchinensis ）、大理天门冬（ A. taliensis ）、多刺天门冬（ A. myriacanthus ）、短梗天门冬（ A. lycopodineus ）、细枝天门冬（ A. trichoclados）和密齿天门冬（A. meioclados）构成第三支；第四分支包括羊齿天门冬（A. filicinus）和西藏天门冬（A. tibeticus），并与龙须菜（A. schoberioides）、石刁柏（A. officinalis）、新疆天门冬（A. neglectus ）、折枝天门冬（ A. angulofractus ）、攀援天门冬（ A. brachyphyllus）、戈壁天门冬（A. gobicus）、兴安天门冬（A. dauricus）、长花天门冬（A. longiflorus）和南玉带（A. oligoclonos）所聚成的第五支呈姐妹群关系。基于nrDNA构建的系统发育树同样分成了五个支。龙须菜（A. schoberioides）最先从天门冬属中分离出来构成第一分支；羊齿天门冬（A. filicinus）单独组成了第二支，并与由文竹（A. setaceus）、南非文竹（A. virgatus）、松叶武竹（A. macowanii）和非洲天门冬（A.densiflorus）组成的第三支和天门冬（A. cochinchinensis）、大理天门冬（A. taliensis）、多刺天门冬（A. myriacanthus）、西藏天门冬（A. tibeticus）、短梗天门冬（A. lycopodineus）、细枝天门冬（A. trichoclados）和密齿天门冬（A. meioclados）聚成的第四支呈姐妹群关系；第五支包含了石刁柏（A. officinalis）、新疆天门冬（A. neglectus）、折枝天门冬（A. angulofractus）、攀援天门冬（A. brachyphyllus）、戈壁天门冬（ A. gobicus ）、兴安天门冬（ A. dauricus ）、长花天门冬（ A. longiflorus）和南玉带（A. oligoclonos）。（3）相对于nrDNA、通用条码（matK，trnH-psbA，rbcL）和高变区序列，叶绿体基因组具有最多信息位点和最高的鉴定率，在K2P遗传距离分析中表现最佳。 结论：（1）天门冬属叶绿体基因组在结构和序列上高度保守。（2）基于叶绿体基因组构建系统发育树能较好反映国产天门冬属植物的亲缘关系。（3）叶绿体基因组作为超级条形码能有效提高国产天门冬属物种鉴定能力，为实现该属植物的准确鉴别提供了新的鉴定手段。 创新点：（1）首次运用叶绿体基因组对国产天门冬属药用植物的亲缘关系进行研究，为筛选该属新的药源提供科学的理论依据（2）首次开展国产天门冬属超级条形码研究，既丰富了鉴别分析方法，也为该属植物的分子鉴定提供了参考。
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