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中國科學院昆明植物研究所
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科研進展

昆明植物所構建首個運用高通量測序技術對國產重樓屬藥用和瀕危物種進行精準鑒定的參考數(shù)據(jù)集

文章來源:中國科學院東亞植物多樣性與生物地理學重點實驗室  |  發(fā)布時間:2024-06-11  |  作者:繆柯  |  瀏覽次數(shù):  |  【打印】 【關閉

 

重樓屬(Paris?Linn.)隸屬于百合目(Liliales)黑藥花科(Melanthiaceae),根據(jù)最新的分類修訂,全屬共26種具根狀莖的多年生草本植物,在歐亞大陸的溫帶和亞熱帶地區(qū)廣泛分布;該屬絕大部分種類(22種)分布于中國,并以中國西南山地為屬的多樣化和分布中心。重樓屬植物具有重要的藥用價值,具粗壯根狀莖的種類在中國、喜馬拉雅地區(qū)和中南半島均有著悠久的藥用歷史。其中,滇重樓(Paris yunnanensis)和七葉一枝花(P. chinensis)為《中華人民共和國藥典》(2020版)收載的藥用重樓的基源植物,二者均以根狀莖入藥。迄今為止,僅在國內就已研發(fā)出九十多種以藥用重樓為原料的國藥準字號藥品,這些產品按用途大多可以歸為止血、消炎和抗腫瘤兩類。

長期以來,醫(yī)藥企業(yè)生產所需的藥用重樓原料一直依賴于野生資源,巨大的商品藥材需求導致所有具粗壯根狀莖的國產重樓屬植物均遭受了嚴重的“株連九族式”采集和過度利用,致使其野生資源迅速枯竭。為有效保護國產重樓屬植物,2021年8月,國家林業(yè)和草原局在發(fā)布的《國家重點保護野生植物名錄》中將除北重樓(P. verticillata以外的所有國產種類列為國家二級保護植物。

目前,藥用重樓的種植技術和種植規(guī)模均已得到大幅度提高,但對野生重樓屬植物的采集仍未受到有效遏制。為避免國產重樓屬植物也重蹈三七(Panax notoginseng)“栽培繁茂、野生滅絕”之覆轍,迫切需要對非法采集和交易野生重樓屬植物的行為進行嚴格監(jiān)管和有效控制,以防止過度利用對該屬瀕危物種的生存和繁衍造成進一步的危害。此外,植物化學證據(jù)也表明重樓屬種間甾體皂苷類化合物的種類及其含量均存在較大的差異。因此,盲目采集野生重樓屬植物并將其作為商品藥的生產原料,還會對醫(yī)藥企業(yè)的質量控制以及相關醫(yī)藥產品的治療效果造成不利影響。鑒此,研發(fā)能夠精準追溯市場銷售的重樓商品(如:根狀莖、種子、種苗)物種來源的分子鑒定技術,可為重樓屬瀕危物種保護及相關醫(yī)藥產品的質量控制提供有效的技術支持。

近年來,隨著高通量測序技術的不斷發(fā)展,植物葉綠體全基因組和核基因組核糖體DNAnrDNA)序列作為重要的分子標記已被廣泛用于物種鑒定。既往研究表明,利用高通量測序技術可從DNA高度降解的館藏標本和經過加工的植物材料(包括重樓藥材)中成功獲取葉綠體全基因組和nrDNA序列,以進行系統(tǒng)發(fā)育分析和物種鑒定。然而,由于缺乏相應的參考數(shù)據(jù)集,尚無法應用高通量測序技術追溯市場銷售重樓產品的物種來源。

中國科學院昆明植物研究所西南山地植物多樣性歷史與演化專題組長期從事重樓屬植物的進化、保育與可持續(xù)利用研究,為突破上述限制性技術瓶頸,研究人員采用群體取樣策略廣泛收集了153個國產重樓屬植物樣品材料,并基于形態(tài)特征對所有樣品進行了細致的物種鑒定。其后,通過高通量測序獲取各個樣品的葉綠體全基因組和nrDNA序列構建物種鑒定參考數(shù)據(jù)集。該數(shù)據(jù)集涵蓋了所有20種具粗壯根狀莖的國產重樓屬植物,大部分種類包含采自模式標本產地的樣本;為避免種間雜交影響參考數(shù)據(jù)集的精確度,取樣僅限于在無其他同屬物種同域分布的群體中進行,以獲取遺傳純正的個體。在此基礎上,通過系統(tǒng)發(fā)育和種間遺傳分化分析對兩套參考數(shù)據(jù)集的遺傳參數(shù)與形態(tài)物種界定之間的一致性進行評估。結果表明,該研究所構建的葉綠體全基因組和nrDNA參考數(shù)據(jù)集各項遺傳指標均可滿足準確鑒定國產藥用和瀕危重樓屬物種的實際需求。因此,建立這樣的參考數(shù)據(jù)集為利用高通量測序技術監(jiān)管野生重樓屬植物的非法采集和相關產品的市場交易奠定了基礎。該參考數(shù)據(jù)集的構建不僅有助于保護重樓屬瀕危物種,還有助于醫(yī)藥企業(yè)在原料環(huán)節(jié)進行有效的質量控制以確保相關產品的質量和療效。此外,參考數(shù)據(jù)集的構建也有助于重樓屬的演化和分類學研究,并為利用高通量測序技術建立科屬水平高質量的二代DNA條形碼(Plant Barcoding 2.0)參考數(shù)據(jù)集提供了重要的研究范例。

該研究成果以Establishing the first reference library for utilizing high-throughput sequencing technologies in identifying medicinal and endangered?Paris?species (Melanthiaceae)為題發(fā)表在國際農林科學領域一區(qū)期刊Industrial Crops & Products。中國科學院昆明植物研究所2021級碩士研究生繆柯為論文第一作者,西南山地植物多樣性歷史與演化專題組長紀運恒研究員為通訊作者。該研究工作得到國家自然科學基金面上項目(31872673,32370395),云南省科技計劃重點研發(fā)項目(202103AC100003),云南省“興滇英才支持計劃”頂尖創(chuàng)新團隊項目(202305AT350001)的支持。

文章鏈接

?分別基于葉綠體全基因組和核糖體基因數(shù)據(jù)對瀕危重樓屬物種構建系統(tǒng)發(fā)育樹,并計算其種間和種內遺傳距離


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