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DNA条形码技术是利用基因组中一段非常短的、标准的DNA片段对物种进行快速、准确鉴定的新发展的技术。自2005年开展植物DNA条形码研究以来,国内外学者围绕植物DNA条形码的筛选,在不同类群中对各个DNA候选片段进行适用性评价,最终正式提议rbcL+matK作为陆生植物标准条形码。然而,苔藓植物的相关研究很少受到关注,还处在对条形码筛选、评价的初级阶段。
本研究围绕苔藓植物候选DNA条形码的筛选与评价,首先在49种藓类植物(覆盖藓类世系中一半的目)和9种苔类植物中,开展对8个被提议的植物DNA候选条形码(atpF-atpH,ITS2,matK,psbK-psbI,rbcL,rpoB,rpoC1,trnH-psbA)及两个分子系统学常用叶绿体片段(rps4,trnL-trnF)的适用性评价,然后在中国紫萼藓科3属(紫萼藓属、砂藓属、连轴藓属)28种共68个个体间进一步评价4个叶绿体DNA片段(trnH-psbA,rbcL,rps4,trnL intron)的物种分辨能力。同时,基于GenBank数据中2909条苔藓植物叶绿体rps4序列,应用遗传距离法和分子系统学分析方法,分析该位点作为苔藓植物补充条形码的可行性,以弥补其它提议的植物条形码的不足。主要研究结果如下:
(1)6个分子标记(ITS2,rbcL,rpoC1,rps4,trnH-psbA,trnL-trnF)通用性好。其中5个片段(rbcL,rpoC1,rps4,trnH-psbA,trnL-trnF)容易测序,并具有明显的种间遗传变异,可在近缘物种间进一步检验。
(2)在对中国紫萼藓科的条形码研究中,rps4和trnH-psbA的物种分辨能力最好(识别率为69%),rbcL其次(50%),trnL内含子最差(31%)。
(3)结合DNA条形码数据(trnH-psbA,rbcL,rps4)与形态学研究,报道中国新记录藓类植物1种(Racomitrium elongatum),体现了条形码在发现新物种(或新分布记录种)方面的作用。
(4)基于GenBank数据,rps4在苔藓植物不同类群中的通用性好,容易扩增和比对、适当的序列长度和较好的物种分辨率(74%),使得它具有成为苔藓植物候选DNA条形码的潜在优势。
(5)trnH-psbA,rbcL,rps4有望成为苔藓植物通用DNA条形码。其中,rbcL作为陆生植物核心条形码之一,能够起到物种识别的锚定作用,将样品快速鉴定到较高分类阶层;trnH-psbA和rps4物种分辨能力较好,可用于物种水平的识别。
本研究的创新点和特色:(1)初步确定3个DNA片段(trnH-psbA,rbcL,rps4)适合作为苔藓植物DNA条形码;(2)首次建议将叶绿体rps4作为苔藓植物DNA条形码之一;(3)结合DNA条形码数据与形态学研究,报道中国新记录藓类植物1种(Racomitrium elongatum)。以上研究成果填补了植物DNA条形码在藓类植物中的研究空白,具有重要科学意义,不仅为今后进一步开展不同类群的条形码研究,而且对于苔藓植物分类学和进化研究,提供了有价值的科学依据。