昆明植物所构建首个运用高通量测序技术对国产重楼属药用和濒危物种进行精准鉴定的...

　　 　

重楼属（Paris?Linn.）隶属于百合目（Liliales）黑药花科（Melanthiaceae），根据最新的分类修订，全属共26种具根状茎的多年生草本植物，在欧亚大陆的温带和亚热带地区广泛分布；该属绝大部分种类（22种）分布于中国，并以中国西南山地为属的多样化和分布中心。重楼属植物具有重要的药用价值，具粗壮根状茎的种类在中国、喜马拉雅地区和中南半岛均有着悠久的药用历史。其中，滇重楼（Paris yunnanensis）和七叶一枝花（P. chinensis）为《中华人民共和国药典》（2020版）收载的药用重楼的基源植物，二者均以根状茎入药。迄今为止，仅在国内就已研发出九十多种以药用重楼为原料的国药准字号药品，这些产品按用途大多可以归为止血、消炎和抗肿瘤两类。

长期以来，医药企业生产所需的药用重楼原料一直依赖于野生资源，巨大的商品药材需求导致所有具粗壮根状茎的国产重楼属植物均遭受了严重的“株连九族式”采集和过度利用，致使其野生资源迅速枯竭。为有效保护国产重楼属植物，2021年8月，国家林业和草原局在发布的《国家重点保护野生植物名录》中将除北重楼（P. verticillata）以外的所有国产种类列为国家二级保护植物。

目前，药用重楼的种植技术和种植规模均已得到大幅度提高，但对野生重楼属植物的采集仍未受到有效遏制。为避免国产重楼属植物也重蹈三七（Panax notoginseng）“栽培繁茂、野生灭绝”之覆辙，迫切需要对非法采集和交易野生重楼属植物的行为进行严格监管和有效控制，以防止过度利用对该属濒危物种的生存和繁衍造成进一步的危害。此外，植物化学证据也表明重楼属种间甾体皂苷类化合物的种类及其含量均存在较大的差异。因此，盲目采集野生重楼属植物并将其作为商品药的生产原料，还会对医药企业的质量控制以及相关医药产品的治疗效果造成不利影响。鉴此，研发能够精准追溯市场销售的重楼商品（如：根状茎、种子、种苗）物种来源的分子鉴定技术，可为重楼属濒危物种保护及相关医药产品的质量控制提供有效的技术支持。

近年来，随着高通量测序技术的不断发展，植物叶绿体全基因组和核基因组核糖体DNA（nrDNA）序列作为重要的分子标记已被广泛用于物种鉴定。既往研究表明，利用高通量测序技术可从DNA高度降解的馆藏标本和经过加工的植物材料（包括重楼药材）中成功获取叶绿体全基因组和nrDNA序列，以进行系统发育分析和物种鉴定。然而，由于缺乏相应的参考数据集，尚无法应用高通量测序技术追溯市场销售重楼产品的物种来源。

中国科学院昆明植物研究所西南山地植物多样性历史与演化专题组长期从事重楼属植物的进化、保育与可持续利用研究，为突破上述限制性技术瓶颈，研究人员采用群体取样策略广泛收集了153个国产重楼属植物样品材料，并基于形态特征对所有样品进行了细致的物种鉴定。其后，通过高通量测序获取各个样品的叶绿体全基因组和nrDNA序列构建物种鉴定参考数据集。该数据集涵盖了所有20种具粗壮根状茎的国产重楼属植物，大部分种类包含采自模式标本产地的样本；为避免种间杂交影响参考数据集的精确度，取样仅限于在无其他同属物种同域分布的群体中进行，以获取遗传纯正的个体。在此基础上，通过系统发育和种间遗传分化分析对两套参考数据集的遗传参数与形态物种界定之间的一致性进行评估。结果表明，该研究所构建的叶绿体全基因组和nrDNA参考数据集各项遗传指标均可满足准确鉴定国产药用和濒危重楼属物种的实际需求。因此，建立这样的参考数据集为利用高通量测序技术监管野生重楼属植物的非法采集和相关产品的市场交易奠定了基础。该参考数据集的构建不仅有助于保护重楼属濒危物种，还有助于医药企业在原料环节进行有效的质量控制以确保相关产品的质量和疗效。此外，该参考数据集的构建也有助于重楼属的演化和分类学研究，并为利用高通量测序技术建立科属水平高质量的二代DNA条形码（Plant Barcoding 2.0）参考数据集提供了重要的研究范例。

该研究成果以Establishing the first reference library for utilizing high-throughput sequencing technologies in identifying medicinal and endangered?Paris?species (Melanthiaceae)为题发表在国际农林科学领域一区期刊Industrial Crops & Products。中国科学院昆明植物研究所2021级硕士研究生缪柯为论文第一作者，西南山地植物多样性历史与演化专题组长纪运恒研究员为通讯作者。该研究工作得到国家自然科学基金面上项目（31872673，32370395），云南省科技计划重点研发项目（202103AC100003），云南省“兴滇英才支持计划”顶尖创新团队项目（202305AT350001）的支持。

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图?分别基于叶绿体全基因组和核糖体基因数据对濒危重楼属物种构建系统发育树，并计算其种间和种内遗传距离