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困难类群物种鉴定的应用研究获进展

来源：花匠小妙招时间：2024-11-20 17:21

　　物种的快速、准确鉴定是生物多样性研究的挑战之一。近年来，DNA条形码技术的引入，在一定程度上缓解了这一问题。基于2-3个质体片段和核糖体ITS序列的植物标准条形码（一代条形码）在植物物种鉴定和隐存种的发现中发挥了重要作用，推动了生物多样性与进化研究。然而，一代条形码在不同类群中分辨率差异较大，在较多木本植物类群中鉴定率不高。基因组浅层测序技术可以获得全质体基因组和核基因组的核糖体DNA（nrDNA）序列，被认为是提升物种鉴定率的有效手段，却鲜有研究探讨该技术在实际应用中可多大程度以及如何提高物种鉴定率。

　　杜鹃花属（Rhododendron）是中国种子植物最大属，约有590种，占全球该属植物约60%的物种多样性。喜马拉雅-横断山区是杜鹃属植物的起源和分化中心之一，分布有320多种，约66%为该区域特有种。快速辐射演化、种间杂交、多倍化等导致其物种的准确鉴定困难，杜鹃花属被认为是最困难的植物类群之一。中国科学院昆明植物研究所研究员高连明团队/李德铢团队，与英国爱丁堡皇家植物园教授Peter Hollingsworth合作，对主要分布于喜马拉雅-横断山区的杜鹃花属植物进行了广泛取样，获得了145个物种218个个体的浅层基因组数据，用以探究基因组浅层测序技术在杜鹃花属物种鉴定中的应用。

　　结果表明：在杜鹃花属中，基于ITS + matK + rbcL + trnH-psbA组合的一代条形码序列的最高物种鉴定率仅为33%；而基于基因组浅层测序获得的质体基因组和nrDNA序列可鉴定55%的物种，物种鉴定率提升了22%。物种鉴定率显著提升的主要原因是质体基因组序列能够提供更多的信息。有研究认为，3-4个质体基因组片段便能达到鉴定成功的渐近线，但该研究发现更多的基因组数据仍可以显著的提升杜鹃花属这样困难类群的物种鉴定率。随着基因组浅层测序技术的成熟和价格降低，该技术与一代条形码相比，能够更好地应用于像杜鹃花属这样分类困难的类群。由于质体基因组和nrDNA数据可以较好地兼容之前的一代条形码数据，该方法可以作为标准条形码的扩展和升级，并丰富标准条形码的参考数据库。此外，即使基于基因组浅层测序数据，杜鹃花属也有较多物种不能成功鉴定。造成杜鹃花属物种鉴定率较低的原因在于该类群发生过辐射演化，大量物种在较短的地史时期形成，加上物种间的自然杂交和渐渗频繁发生等。该研究再次强化了核基因组数据在物种鉴定中的重要性。

　　相关研究成果以Testing genome skimming for species discrimination in the large and taxonomically difficult genus Rhododendron为题，在线发表在Molecular Ecology Resources上。研究工作得到中科院大科学装置开放项目、国家自然科学基金、云南省科技人才培养计划、中科院战略性先导科技专项和中科院特别研究助理资助项目的资助。

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