论文部分内容阅读
我国是葛属植物的起源和分布中心之一,约有葛属植物11种(9种及2变种),其中野葛(Pueraria lobata(Willd)Ohwi)和甘葛藤(Pueraria thomsonii Benth)资源丰富,作为中药材葛根的基原植物在生活中有着较为广泛的应用。野葛和甘葛藤经加工后的干燥根曾被统称为葛根。传统医学认为葛根具有解肌退热、透疹、生津、升阳止泻等功效。现代药理学研究表明,葛根除可以改善和治疗心脑血管疾病之外,还可以治疗糖尿病和高血压、降低血液中的酒精含量等,而粉葛与野葛的有效成分种类相似,含量差异较大。故在2005年《中国药典》中将二者进行了区分。随着人们对健康与养生的日益重视,葛根和粉葛在生活中的应用越来越广泛,然而野葛、甘葛藤的外观性状十分相似,经过炮制加工后的中药饮片则更加难以区分,这在很大程度上影响了对葛根和粉葛的鉴别、规范化使用以及临床药效等。本研究首次以野葛和甘葛藤作为试验材料,提取叶片总DNA,然后构建DNA测序文库,由Illumina HiSeq X-ten平台进行高通量测序,使用系列生物信息软件对测序数据进行拼接组装及基因组比较分析,分别得到野葛和甘葛藤的完整叶绿体基因组序列,通过对二者进行叶绿体基因组比较分析和分子标记的开发寻找可用有效区分野葛和甘葛藤的分子标记,同时从叶绿体基因组水平探寻其在豆科植物系统发育中的位置关系,从分子标记和叶绿体基因组水平对市场中常见的峨眉葛进行鉴定,从叶绿体基因组水平判定其为甘葛藤的一个品种。此外还对叶绿体叶绿体基因组中的小RNA进行了初步预测。研究结果表明:野葛和甘葛藤叶绿体基因组皆为典型的环状四分结构,即长单拷贝区(LSC)、短单拷贝区(SSC)、两个反向互补区(IRa、IRb);野葛叶绿体基因组全长153,393 bp,LSC区、SSC区及IR区的长度分别为84,089 bp、17,992 bp、25,656bp,甘葛藤叶绿体基因组全长为153,441 bp,LSC区、SSC区及IR区长度分别为84,162 bp、25,640 bp、17,999 bp;野葛LSC区、SSC区、IR区的GC含量分别为 32.87%、28.90%、41.87%,甘葛藤 LSC 区、SSC 区、IR区的 GC 含量则为 32.86%、28.90%、41.88%。比较基因组分析发现野葛和甘葛藤叶绿体基因组间的差异位点多位于非编码区,基因编码区也有少部分差异位点存在。通过对差异区进行了分子标记的开发,针对高变区设计了 PCR引物,筛选出6对可以快速、有效鉴别野葛、甘葛藤的分子标记。对比对上叶绿体基因组的小RNA进行分析,发现长度18到20 nt的小RNA较多,且其clean reads加和数目超过总的小RNA clean reads数的60%。小RNA在野葛叶绿体基因组中的分布存在两个聚集区,分别位于反向互补区(IRa和IRb),这与甜瓜等物种上的结果较为一致,暗示着这些小RNA在叶绿体中的分布较为保守。最后,将野葛、甘葛藤叶绿体基因组与已发表的42个豆科物种叶绿体基因组进行了系统发育分析,烟草和拟南芥作为外类群物种,探究了野葛及甘葛藤在豆科植物中的系统发育位置,结果表明野葛与甘葛藤在豆科植物中聚为一小支,与大豆、豇豆属植物的亲缘关系最为接近,与传统植物分类学中的分类结论一致。本研究结果对于葛属植物资源的分类鉴别及药材混伪品的鉴别有一定的参考价值。