澳大利亚苍耳属Xanthium section Xanthium杂草的DNA条形码鉴定与入侵物种溯源研究

本研究针对澳大利亚四种争议性苍耳复合体（Noogoora、Californian、Hunter和South American burr）的分类学难题，通过叶绿体DNA条形码（rps16-trnQ和psbA-trnH）分析348份样本，首次明确其遗传归属为X. chinense和X. orientale两个物种，否定了X. strumarium在澳大利亚的历史存在记录，为入侵杂草精准防控提供了关键分子依据。

　　

研究背景

苍耳属（Xanthium）杂草以其带刺的"苍耳果"闻名全球，这些"植物小恶魔"不仅会钩挂动物皮毛远距离传播，更因含有羧基苍术苷（carboxyatractyloside）对牲畜造成致命威胁。在澳大利亚，这些入侵者被划分为四大形态复合体（Noogoora、Californian、Hunter和South American burr），但近百年来其分类地位始终悬而未决——有的学者认为它们只是X. strumarium的变种，有的则主张是四个独立物种。这种混乱严重影响了生物防治策略的制定，例如针对Noogoora burr引入的锈菌（Puccinia xanthii）在北部地区失效，究竟源于环境因素还是宿主遗传差异？

研究设计与方法

新南威尔士第一产业部（NSW Department of Primary Industries and Regional Development）的研究团队采集了26个单一复合体种群和6个混合种群的348份样本，通过叶绿体DNA条形码技术（重点分析rps16-trnQ和psbA-trnH位点），对比Tomasello（2018）建立的17个苍耳属参考物种序列。技术路线包含：样本形态学鉴定、叶绿体基因PCR扩增（使用Hamilton 1999和Calvino 2007设计的引物）、双向Sanger测序，以及基于MEGA X软件的邻接法（NJ）系统发育分析。

主要结果

1. 物种鉴定突破

   单一种群样本明确分为两大遗传支系：Noogoora和Californian burr的rps16-trnQ序列与X. chinense参考序列相似度达99.99-100%；Hunter和South American burr则100%匹配X. orientale。关键核苷酸位点分析显示，这两个物种在澳大利亚存在明显遗传隔离。

2. 杂交现象解析

   在Wee Waa等洪泛区高营养土壤中，发现X. chinense与X. orientale的叶绿体基因双向渗透现象，证实了McMillan（1975）关于"杂交需要富营养环境"的假说。而Baan Baa地区的形态过渡个体则全部携带X. chinense条形码，暗示可能存在叶绿体捕获（chloroplast capture）现象。

3. 历史记录修正

   所有澳大利亚样本均未检出地中海特有物种X. strumarium的条形码特征，建议修订该国植物志记录。

研究意义

这项发表于《Plant Systematics and Evolution》的研究首次从分子层面厘清了澳大利亚苍耳属杂草的物种构成，为两方面应用奠定基础：

1. 生物防治精准化：明确锈菌抗性差异可能源于环境而非宿主遗传，指导后续筛选热带型P. xanthii菌株；

2. 入侵预警体系：建立X. strumarium特异性条形码，可快速识别潜在新入侵事件。

该研究同时揭示了杂交种群在富营养环境中的形成机制，为理解入侵植物适应性进化提供了典型案例。研究采用的rps16-trnQ位点被证实是区分苍耳属物种的高效条形码，未来可整合到边境检疫快速检测体系中。