基于不同基因的苍术属遗传多样性分析

摘要 为了探究苍术属植物的遗传多样性及亲缘关系，对5种苍术属植物的psbA_trnH、matK、ITS基因进行分析。结果表明：基于psbA-trnH基因的转换位点共有4个，颠换位点共有5个；基于matK基因的转换位点只有鄂西苍术的1个，颠换位点有4个；基于ITS基因的转换位点共有82个，颠换位点有15个。psbA-trnH基因的GC含量为23.6%～24.0%，matK基因的GC含量为32.1%～32.5%，ITS基因的GC含量为59.7%～63.8%。遗传距离分析显示，基于psbA-trnH基因的变幅为0～0.058，基于matK基因的变幅为0～3.718，基于ITS基因的变幅为0.018～0.172。系统发育树分析显示，基于psbA-trnH基因下关苍术和朝鲜苍术亲缘关系近，鄂西苍术和飞廉亲缘关系近；基于matK基因下鄂西苍术和飞廉亲缘关系近，朝鲜苍术、关苍术、苍术、白术亲缘关系近；基于ITS基因下鄂西苍术和飞廉亲缘关系最近，朝鲜苍术、关苍术、苍术、白术亲缘关系近，其中朝鲜苍术与关苍术亲缘关系更近。综上所述，ITS是3种基因中序列的识别能力最强且对苍术属物种分离度最高的。其中朝鲜白术和关苍术从各个角度都说明亲缘关系更近，推测它们可能由同一祖先进化而来。该研究填补了我国苍术属分子现状研究的空白，也为药用植物市场上苍术品种的鉴定提供了依据。

关键词 psbA-trnH基因；matK基因；ITS基因；遗传多样性；苍术属

中图分类号 S 567.23  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2024）23-0167-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.23.036

Genetic Diversity Analysis of Atractylodes Based on Different Genes

WANG Xiang-jin，SUN Jia-ze，CHAI Jun-hong et al

（College of Life Science and Technology，Mudanjiang Normal University，Mudanjiang，Heilongjiang 157011）

Abstract In order to explore the genetic diversity and relatedness of Atractylodes，the psbA-trnH，matK and ITS genes of five species of Atractylodes were analyzed.The results showed that there were four psbA-trnH gene-based conversion sites and five inversion sites;there was only one conversion site based on the matK gene in Atractylodes carlinoides，and there were four inversion sites;there were 82 ITS gene-based conversion sites and 15 inversion sites.The GC content of the psbA-trnH gene was 23.6%-24.0%，that of the matK gene was 32.1% - 32.5%，and that of the ITS gene was 59.7% - 63.8%.Genetic distance analysis showed that the variability ranged from 0 to 0.058 based on the psbA-trnH gene，from 0 to 3.718 based on the matK gene，and from 0.018 to 0.172 based on the ITS gene.The phylogenetic tree analysis showed that based on the psbA-trnH gene Atractylodes japonica and Atractylodes coreana were close relatives，and Atractylodes carlinoides and Carduus nutans were close relatives.Based on the matK gene，Atractylodes carlinoides and Carduus nutans were close relatives，and Atractylodes coreana，Atractylodes japonica，Atractylodes lancea，Atractylodes macrocephala were close relatives.Based on the ITS gene Atractylodes carlinoides and Carduus nutans were the closest relatives，and Atractylodes coreana，Atractylodes japonica，Atractylodes lancea，Atractylodes macrocephala were close relatives，among which Atractylodes coreana and Atractylodes japonica were closer.In summary，ITS was the strongest recognition ability of sequences among the three genes and the highest segregation for species of Atractylodes spp. Among them，Atractylodes coreana and Atractylodes japonica indicated closer affinity from all angles，and it was hypothesized that they might have evolved from the same ancestor. It can fill the gap of the molecular status study of Atractylodes spp. in China，and also provide the basis for the identification of Atractylodes spp. in the medicinal plant market.

Key words psbA-trnH gene;matK gene;ITS gene;Genetic diversity;Atractylodes DC.

基金项目 牡丹江师范学院研究生科技创新项目（kjcx2022-058mdjnu）；黑龙江省教育厅科研业务项目（1452MSYYB006）。

作者简介 王相瑾（1998—），女，陕西榆林人，硕士研究生，研究方向：药用植物转录组。*通信作者，副教授，博士，硕士生导师，从事植物基因发掘及化学成分研究。

收稿日期 2024-01-12

苍术属（Atractylodes DC.）为菊科多年生草本，雌雄异株，有地下根状茎，结节状。苍术属约7种，分布于亚洲东部地区，在我国有5种，分别为鄂西苍术 （A. carlinoides）、朝鲜苍术（A. coreana）、关苍术（A. japonica）、苍术（A. lancea）、白术（A. macrocephala）［1］。2020年版《中国药典》指出，苍术为茅苍术或北苍术的干燥根茎，主治燥湿健脾、祛风散寒、明目等症［2］。苍术属中只有鄂西苍术的根茎没有膨胀，不能作为药物使用，其他的各种都是以地下不规则膨胀或结节状的根部作为药物使用的，尽管几种根茎有不同的功效，但是从形态上很难将其区别开来，这就造成了人们对其应用的误解［3］。苍术属的化学成分包括挥发油类、苷类、糖类、黄酮类及甾醇类和营养物质等，其中挥发油类是该属植物的特征成分，挥发油包括萜类、炔类、芳香类等成分［4］。苍术的挥发油以苍术素、β-桉叶醇为主，对消化道有调节作用，还有抗炎、抗菌、抗病毒等作用，在临床上以燥湿为主；白术的挥发油以苍术酮、白术内脂类为主，在抗癌、降血糖、调节脂类代谢等方面都有较好的效果，在临床方面也更善于温补、健脾；朝鲜苍术和关苍术位于二者之间，朝鲜苍术更接近苍术，关苍术更接近白术［5］。

DNA条形码是一种基于基因组中一段已知的标准短序列，可以快速定位和准确鉴定物种的分子标记技术［6］，可以用于种质资源鉴定、遗传多样性和系统发育等研究［6-8］。常用的植物DNA条形码有叶绿体基因片段核酮糖1，5-二磷酸羧化酶基因（rbcL）、成熟酶K基因（matK）、转录间隔区（psbA-trnH）和核基因组片段核糖体内转录间隔区（ITS）等［9］。目前基于几种常见序列鉴定药用植物、分析遗传多样性及系统发育的研究已有很多，如以psbA-trnH、trnk-matK、 ITS和psbk-psbl为基础，对黄精属药用植物进行了鉴定和遗传多样性分析，结果表明，trnk-matK是最符合黄精属药用植物的基因序列［10］。采用psbA-trnH和trnl对2种疑似金毛狗的植株进行基因扩增及序列测定，确定2种植株均属金毛犬，并构建出一套精确、可靠的形态及分子检测技术，为金毛犬植株的鉴别工作奠定基础［11］；利用ITS2和psbA-trnH条形码对单基原物种的鉴定率较高，但对变种与原变种间的识别仍有一定的局限，这为后续藏党参种类之间的亲缘关系识别和临床应用等提供了参考［12］。这些对药用植物的研究为苍术属植物的种质资源鉴定、遗传多样性、系统发育、进化和栽培起源等研究提供了理论依据。当前对于苍术属的研究多集中在其活性成分及其药用价值上，对不同苍术属种间亲缘关系及在某一基因上的序列差异的相关研究较少。该研究利用psbA-trnH、MatK和ITS基因确定了苍术属各种植物间的遗传关系，利用分子手段进行遗传多样性研究，可以更加清晰地为苍术属植物在亲缘关系探讨、遗传多样性研究以及药用方面提供相应价值。

1 材料与方法

1.1 试验材料 试验材料共包括苍术属（Atractylodes DC.）5个种和外类群飞廉属（Carduus）1个种。详情见表1。

1.2 序列来源

所需序列来自NCBI。登录NCBI，搜索“Atractylodes+psbA-trnH”“Atractylodes+matK”“Atractylodes+ITS”保存为“.txt”格式。利用在线比对软件Multain（http：//multalin.toulouse.inra.fr/multalin/）对所有的序列展开比对，将其前后多余的核苷酸清除掉，根据去冗后的序列展开后续的数据分析，并将其重新保存。

1.3 数据分析

用ClustalX 1.83软件对FASTA格式文件进行序列比，并以.aln格式保存。在此基础上，再利用MEGA4转化为.meg格式，计算其遗传距离，并建立系统发育树。

2 结果与分析

2.1 不同基因苍术属种间序列分析

从表2可以看出，基于psbA-trnH基因的5个苍术种中转换位点很少，共有4个，其中鄂西苍术的转换位点最多，有2个，朝鲜苍术和关苍术各有1个转换位点，苍术没有转换位点；颠换位点共有5个，其中鄂西苍术的颠换位点4个，白术的颠换位点1个，朝鲜苍术、关苍术、苍术没有颠换位点。基于matK基因的5个苍术种中转换位点只有鄂西苍术的1个；颠换位点有4个，其中鄂西苍术没有颠换位点。基于ITS基因的5个苍术种中转换位点很多，共有82个，其中苍术的转换位点最多，有20个，白术的转换位点相对最少，有14个；颠换位点有15个，包括鄂西苍术2个、朝鲜苍术2个、关苍术4个、苍术3个、白术4个。

核苷酸的颠换形式有8种，在该研究中，基于不同基因下苍术属5个种的核苷酸颠换类型有7种，其中T变异为G的情况最多，没有C变异G的情况。基于物种不同可知，鄂西苍术的颠换位点最多，为6个，包括有4个基于psbA-trnH基因，2个基于ITS基因；朝鲜苍术最少，只有基于matK基因的1个位点。根据不同基因可知，ITS的颠换位点最多，共有15个，matK的颠换位点最少，有4个。T变异G是唯一的3个基因都有的颠换情况，且基于matK基因的核苷酸只有T变异G这种颠换情况。核苷酸的转换形式有4种。从图2可看出，基于不同基因下苍术属5个种的核苷酸转换类型有4种，其中T变异C的最多，有30个位点，A变异G的转换位点最少，有17个；鄂西苍术、朝鲜苍术、关苍术的转换位点都是18个，苍术19个，白术14个。根据不同基因可知，ITS基因的转换位点最多，有82个，其次是psbA-trnH基因的4个，最后是matK基因有1个。