摘要 為了探究蒼術(shù)屬植物的遺傳多樣性及親緣關(guān)系，對5種蒼術(shù)屬植物的psbA_trnH、matK、ITS基因進行分析。結(jié)果表明：基于psbA-trnH基因的轉(zhuǎn)換位點共有4個，顛換位點共有5個；基于matK基因的轉(zhuǎn)換位點只有鄂西蒼術(shù)的1個，顛換位點有4個；基于ITS基因的轉(zhuǎn)換位點共有82個，顛換位點有15個。psbA-trnH基因的GC含量為23.6%～24.0%，matK基因的GC含量為32.1%～32.5%，ITS基因的GC含量為59.7%～63.8%。遺傳距離分析顯示，基于psbA-trnH基因的變幅為0～0.058，基于matK基因的變幅為0～3.718，基于ITS基因的變幅為0.018～0.172。系統(tǒng)發(fā)育樹分析顯示，基于psbA-trnH基因下關(guān)蒼術(shù)和朝鮮蒼術(shù)親緣關(guān)系近，鄂西蒼術(shù)和飛廉親緣關(guān)系近；基于matK基因下鄂西蒼術(shù)和飛廉親緣關(guān)系近，朝鮮蒼術(shù)、關(guān)蒼術(shù)、蒼術(shù)、白術(shù)親緣關(guān)系近；基于ITS基因下鄂西蒼術(shù)和飛廉親緣關(guān)系最近，朝鮮蒼術(shù)、關(guān)蒼術(shù)、蒼術(shù)、白術(shù)親緣關(guān)系近，其中朝鮮蒼術(shù)與關(guān)蒼術(shù)親緣關(guān)系更近。綜上所述，ITS是3種基因中序列的識別能力最強且對蒼術(shù)屬物種分離度最高的。其中朝鮮白術(shù)和關(guān)蒼術(shù)從各個角度都說明親緣關(guān)系更近，推測它們可能由同一祖先進化而來。該研究填補了我國蒼術(shù)屬分子現(xiàn)狀研究的空白，也為藥用植物市場上蒼術(shù)品種的鑒定提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞 psbA-trnH基因；matK基因；ITS基因；遺傳多樣性；蒼術(shù)屬

中圖分類號 S 567.23 文獻標識碼 A 文章編號 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.

基金項目 牡丹江師范學院研究生科技創(chuàng)新項目（kjcx2022-058mdjnu）；黑龍江省教育廳科研業(yè)務(wù)項目（1452MSYYB006）。

作者簡介 王相瑾（1998—），女，陜西榆林人，碩士研究生，研究方向：藥用植物轉(zhuǎn)錄組。*通信作者，副教授，博士，碩士生導師，從事植物基因發(fā)掘及化學成分研究。

收稿日期 2024-01-12

蒼術(shù)屬（Atractylodes DC.）為菊科多年生草本，雌雄異株，有地下根狀莖，結(jié)節(jié)狀。蒼術(shù)屬約7種，分布于亞洲東部地區(qū)，在我國有5種，分別為鄂西蒼術(shù) （A. carlinoides）、朝鮮蒼術(shù)（A. coreana）、關(guān)蒼術(shù)（A. japonica）、蒼術(shù)（A. lancea）、白術(shù)（A. macrocephala）［1］。2020年版《中國藥典》指出，蒼術(shù)為茅蒼術(shù)或北蒼術(shù)的干燥根莖，主治燥濕健脾、祛風散寒、明目等癥［2］。蒼術(shù)屬中只有鄂西蒼術(shù)的根莖沒有膨脹，不能作為藥物使用，其他的各種都是以地下不規(guī)則膨脹或結(jié)節(jié)狀的根部作為藥物使用的，盡管幾種根莖有不同的功效，但是從形態(tài)上很難將其區(qū)別開來，這就造成了人們對其應(yīng)用的誤解［3］。蒼術(shù)屬的化學成分包括揮發(fā)油類、苷類、糖類、黃酮類及甾醇類和營養(yǎng)物質(zhì)等，其中揮發(fā)油類是該屬植物的特征成分，揮發(fā)油包括萜類、炔類、芳香類等成分［4］。蒼術(shù)的揮發(fā)油以蒼術(shù)素、β-桉葉醇為主，對消化道有調(diào)節(jié)作用，還有抗炎、抗菌、抗病毒等作用，在臨床上以燥濕為主；白術(shù)的揮發(fā)油以蒼術(shù)酮、白術(shù)內(nèi)脂類為主，在抗癌、降血糖、調(diào)節(jié)脂類代謝等方面都有較好的效果，在臨床方面也更善于溫補、健脾；朝鮮蒼術(shù)和關(guān)蒼術(shù)位于二者之間，朝鮮蒼術(shù)更接近蒼術(shù)，關(guān)蒼術(shù)更接近白術(shù)［5］。

DNA條形碼是一種基于基因組中一段已知的標準短序列，可以快速定位和準確鑒定物種的分子標記技術(shù)［6］，可以用于種質(zhì)資源鑒定、遺傳多樣性和系統(tǒng)發(fā)育等研究［6-8］。常用的植物DNA條形碼有葉綠體基因片段核酮糖1，5-二磷酸羧化酶基因（rbcL）、成熟酶K基因（matK）、轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)（psbA-trnH）和核基因組片段核糖體內(nèi)轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)（ITS）等［9］。目前基于幾種常見序列鑒定藥用植物、分析遺傳多樣性及系統(tǒng)發(fā)育的研究已有很多，如以psbA-trnH、trnk-matK、 ITS和psbk-psbl為基礎(chǔ)，對黃精屬藥用植物進行了鑒定和遺傳多樣性分析，結(jié)果表明，trnk-matK是最符合黃精屬藥用植物的基因序列［10］。采用psbA-trnH和trnl對2種疑似金毛狗的植株進行基因擴增及序列測定，確定2種植株均屬金毛犬，并構(gòu)建出一套精確、可靠的形態(tài)及分子檢測技術(shù)，為金毛犬植株的鑒別工作奠定基礎(chǔ)［11］；利用ITS2和psbA-trnH條形碼對單基原物種的鑒定率較高，但對變種與原變種間的識別仍有一定的局限，這為后續(xù)藏黨參種類之間的親緣關(guān)系識別和臨床應(yīng)用等提供了參考［12］。這些對藥用植物的研究為蒼術(shù)屬植物的種質(zhì)資源鑒定、遺傳多樣性、系統(tǒng)發(fā)育、進化和栽培起源等研究提供了理論依據(jù)。當前對于蒼術(shù)屬的研究多集中在其活性成分及其藥用價值上，對不同蒼術(shù)屬種間親緣關(guān)系及在某一基因上的序列差異的相關(guān)研究較少。該研究利用psbA-trnH、MatK和ITS基因確定了蒼術(shù)屬各種植物間的遺傳關(guān)系，利用分子手段進行遺傳多樣性研究，可以更加清晰地為蒼術(shù)屬植物在親緣關(guān)系探討、遺傳多樣性研究以及藥用方面提供相應(yīng)價值。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 試驗材料共包括蒼術(shù)屬（Atractylodes DC.）5個種和外類群飛廉屬（Carduus）1個種。詳情見表1。

1.2 序列來源

所需序列來自NCBI。登錄NCBI，搜索“Atractylodes+psbA-trnH”“Atractylodes+matK”“Atractylodes+ITS”保存為“.txt”格式。利用在線比對軟件Multain（http：//multalin.toulouse.inra.fr/multalin/）對所有的序列展開比對，將其前后多余的核苷酸清除掉，根據(jù)去冗后的序列展開后續(xù)的數(shù)據(jù)分析，并將其重新保存。

1.3 數(shù)據(jù)分析

用ClustalX 1.83軟件對FASTA格式文件進行序列比，并以.aln格式保存。在此基礎(chǔ)上，再利用MEGA4轉(zhuǎn)化為.meg格式，計算其遺傳距離，并建立系統(tǒng)發(fā)育樹。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同基因蒼術(shù)屬種間序列分析

從表2可以看出，基于psbA-trnH基因的5個蒼術(shù)種中轉(zhuǎn)換位點很少，共有4個，其中鄂西蒼術(shù)的轉(zhuǎn)換位點最多，有2個，朝鮮蒼術(shù)和關(guān)蒼術(shù)各有1個轉(zhuǎn)換位點，蒼術(shù)沒有轉(zhuǎn)換位點；顛換位點共有5個，其中鄂西蒼術(shù)的顛換位點4個，白術(shù)的顛換位點1個，朝鮮蒼術(shù)、關(guān)蒼術(shù)、蒼術(shù)沒有顛換位點?；趍atK基因的5個蒼術(shù)種中轉(zhuǎn)換位點只有鄂西蒼術(shù)的1個；顛換位點有4個，其中鄂西蒼術(shù)沒有顛換位點。基于ITS基因的5個蒼術(shù)種中轉(zhuǎn)換位點很多，共有82個，其中蒼術(shù)的轉(zhuǎn)換位點最多，有20個，白術(shù)的轉(zhuǎn)換位點相對最少，有14個；顛換位點有15個，包括鄂西蒼術(shù)2個、朝鮮蒼術(shù)2個、關(guān)蒼術(shù)4個、蒼術(shù)3個、白術(shù)4個。

核苷酸的顛換形式有8種，在該研究中，基于不同基因下蒼術(shù)屬5個種的核苷酸顛換類型有7種，其中T變異為G的情況最多，沒有C變異G的情況?；谖锓N不同可知，鄂西蒼術(shù)的顛換位點最多，為6個，包括有4個基于psbA-trnH基因，2個基于ITS基因；朝鮮蒼術(shù)最少，只有基于matK基因的1個位點。根據(jù)不同基因可知，ITS的顛換位點最多，共有15個，matK的顛換位點最少，有4個。T變異G是唯一的3個基因都有的顛換情況，且基于matK基因的核苷酸只有T變異G這種顛換情況。核苷酸的轉(zhuǎn)換形式有4種。從圖2可看出，基于不同基因下蒼術(shù)屬5個種的核苷酸轉(zhuǎn)換類型有4種，其中T變異C的最多，有30個位點，A變異G的轉(zhuǎn)換位點最少，有17個；鄂西蒼術(shù)、朝鮮蒼術(shù)、關(guān)蒼術(shù)的轉(zhuǎn)換位點都是18個，蒼術(shù)19個，白術(shù)14個。根據(jù)不同基因可知，ITS基因的轉(zhuǎn)換位點最多，有82個，其次是psbA-trnH基因的4個，最后是matK基因有1個。

2.2 蒼術(shù)屬的GC含量比較

從表3可以看出，蒼術(shù)屬5個品種的psbA-trnH基因的GC含量為23.6%～24.0%，其中鄂西蒼術(shù)的GC含量最高，為24.0%，蒼術(shù)的GC含量最低，為23.6%；matK基因的GC含量為32.1%～32.5%，鄂西蒼術(shù)的GC含量最高，為32.5%，關(guān)蒼術(shù)最低，為32.1%；ITS基因的GC含量高于前2個基因的，為59.7%～63.8%，最高、最低分

別為白術(shù)和鄂西蒼術(shù)。GC含量越高， DNA的密度越大，而

且不容易被高溫和堿性破壞，因此可以用來提取和檢測DNA。不同種間的 GC含量差異越大，代表著它們之間的親緣關(guān)系越遠，相反，則代表著它們之間的親緣關(guān)系越近。

2.3 遺傳距離分析

從表4可以看出，6個樣本基于psbA-trnH基因序列間的遺傳距離為0～0.058。朝鮮蒼術(shù)和關(guān)蒼術(shù)、蒼術(shù)和關(guān)蒼術(shù)、蒼術(shù)和朝鮮蒼術(shù)3組之間的遺傳距離最小，均為0；飛廉和白術(shù)的遺傳距離最大，為0.058；5個種與外類群飛廉之間的遺傳距離均較大，為0.055～0.058。綜上所述，基于psbA-trnH基因下，朝鮮蒼術(shù)和關(guān)蒼術(shù)、蒼術(shù)和關(guān)蒼術(shù)、蒼術(shù)和朝鮮蒼術(shù)的親緣關(guān)系最近，飛廉和白術(shù)的親緣關(guān)系最遠。

從表5可以看出，6個樣本基于matK基因序列間的遺傳距離為0～3.718。朝鮮蒼術(shù)和關(guān)蒼術(shù)、白術(shù)和關(guān)蒼術(shù)、白術(shù)和朝鮮蒼術(shù)、蒼術(shù)和關(guān)蒼術(shù)、蒼術(shù)和朝鮮蒼術(shù)、蒼術(shù)和白術(shù)這幾組的遺傳距離最小，均為0；飛廉和關(guān)蒼術(shù)的遺傳距離最大，為3.718；外類群飛廉和其他5個種的遺傳距離均很大。綜上所述，基于matK基因下，朝鮮蒼術(shù)和關(guān)蒼術(shù)、白術(shù)和關(guān)蒼術(shù)、白術(shù)和朝鮮蒼術(shù)、蒼術(shù)和關(guān)蒼術(shù)、蒼術(shù)和朝鮮蒼術(shù)、蒼術(shù)和白術(shù)的親緣關(guān)系最近，飛廉和關(guān)蒼術(shù)的親緣關(guān)系最遠。

從表6可以看出，6個樣本基于ITS基因序列間的遺傳距離為0.018～0.172。關(guān)蒼術(shù)和朝鮮蒼術(shù)的遺傳距離最小，為0.018；飛廉和關(guān)蒼術(shù)的遺傳距離最大，為0.172；外類群飛廉和其他5個種的遺傳距離均很大。綜上所述，基于ITS基因下，關(guān)蒼術(shù)和朝鮮蒼術(shù)的親緣關(guān)系最近，飛廉和關(guān)蒼術(shù)的親緣關(guān)系最遠。

2.4 系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建

系統(tǒng)發(fā)育樹的分支越接近，說明分支上所代表的植物之間的親緣關(guān)系越近，反之，植物之間的親緣關(guān)系越來越遠?；趐sbA-trnH基因的蒼術(shù)屬系統(tǒng)發(fā)育樹結(jié)果顯示（圖3），關(guān)蒼術(shù)和朝鮮蒼術(shù)、鄂西蒼術(shù)和飛廉各為分支，白術(shù)和蒼術(shù)各有一個分支，得知關(guān)蒼術(shù)和朝鮮蒼術(shù)的親緣關(guān)系近，鄂西蒼術(shù)和飛廉的親緣關(guān)系近?；趍atK基因的蒼術(shù)屬系統(tǒng)發(fā)育樹結(jié)果顯示（圖4），鄂西蒼術(shù)和飛廉的為一個分支，朝鮮蒼術(shù)、關(guān)蒼術(shù)、蒼術(shù)、白術(shù)4個物種為另一個分支，由此說明鄂西蒼術(shù)和飛廉的親緣關(guān)系近，朝鮮蒼術(shù)、關(guān)蒼術(shù)、蒼術(shù)、白術(shù)的親緣關(guān)系近?；贗TS基因的蒼術(shù)屬系統(tǒng)發(fā)育樹結(jié)果顯示（圖5），鄂西蒼術(shù)和飛廉為一個分支，朝鮮蒼術(shù)、關(guān)蒼術(shù)、蒼術(shù)、白術(shù)4個物種為另一個分支，朝鮮蒼術(shù)與關(guān)蒼術(shù)聚為一小支，由此說明鄂西蒼術(shù)和飛廉的親緣關(guān)系最近，朝鮮蒼術(shù)、關(guān)蒼術(shù)、蒼術(shù)、白術(shù)的親緣關(guān)系近，其中朝鮮蒼術(shù)與關(guān)蒼術(shù)的親緣關(guān)系更近。綜上所述，3個基因都能夠得出朝鮮蒼術(shù)與關(guān)蒼術(shù)的親緣關(guān)系更近，這可能與不同地區(qū)的地理環(huán)境因素或者品種來源存在一定關(guān)系。

3 討論與結(jié)論

蒼術(shù)作為大宗藥材，具有悠久的歷史，對于抗癌、抑菌、抗病毒等均有療效，在中醫(yī)中應(yīng)用廣泛，并且多用于藥品研發(fā)，常用于臨床上病毒性疾病的治療［13-15］。近年來蒼術(shù)藥材市場需求越來越大，急需擴大蒼術(shù)的生產(chǎn)規(guī)模。因此，對蒼術(shù)屬藥材進行遺傳多樣性分析，有利于后續(xù)蒼術(shù)優(yōu)良品系的選育和保護。并且，隨著分子系統(tǒng)學的發(fā)展，葉綠體的matK、rbcL、psbA-trnH基因片段和核糖體ITS基因片段已經(jīng)成功用于石斛屬［16］、擬石蓮屬多肉植物［17］、石榴［18］和黃精［19］等系統(tǒng)發(fā)育研究，但利用psbA-trnH、matK和ITS3個基因片段對比蒼術(shù)屬的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系的研究鮮見報道。該研究借鑒已發(fā)表的有關(guān)蒼術(shù)屬系統(tǒng)發(fā)育研究［20-22］，選用系統(tǒng)發(fā)育具有代表性的psbA-trnH、matK 和 ITS基因片段作為分子標記，通過分析比較蒼術(shù)屬在葉綠體和核糖體基因組不同片段上的遺傳分化程度，并探討蒼術(shù)屬間的序列關(guān)系和親緣關(guān)系，同時比較它們的核苷酸替代速率的差異，對其他藥用植物的分子系統(tǒng)發(fā)育研究奠定基礎(chǔ)，揭示各物種間的進化規(guī)律。

有研究發(fā)現(xiàn)，不同學者利用不同基因片段序列測定結(jié)果對鄂西蒼術(shù)、朝鮮蒼術(shù)、關(guān)蒼術(shù)、茅蒼術(shù)和白術(shù)5個種類親緣關(guān)系的研究結(jié)果不一致，說明這5種蒼術(shù)屬植物的物種存在分化不完全、序列進化不一致的問題［23］。該研究通過利用psbA-trnH、matK、ITS 3個不同基因比較發(fā)現(xiàn)蒼術(shù)屬的親緣關(guān)系也不完全一致。該研究得出6個樣本基于psbA-trnH基因序列間的遺傳距離為0～0.058，基于matK基因序列間的遺傳距離為0～3.718，基于ITS基因序列間的遺傳距離為0.018～0.172，說明蒼術(shù)屬各個種之間有較大的遺傳差異，側(cè)面表明蒼術(shù)屬各群居之間可能存在的基因交流少的問題，增加了種屬間的遺傳分化。從系統(tǒng)發(fā)育樹中得知，psbA-trnH、matK、ITS均能區(qū)分不同組的蒼術(shù)屬植物，但在蒼術(shù)組內(nèi)的分辨率均較低，其中psbA-trnH分辨率最低，ITS最高，并沒有很好地與玄參屬植物區(qū)分開來，這與Chen等［24］對4種序列識別物種的成功率比較結(jié)果（ITS＞psbA-trnH＞matK＞rbcL）相符，這可能由psbA-trnH、matK、ITS序列的不同變異速度所導致［25］。ITS 基因更適宜用于蒼術(shù)屬遺傳多樣性的分析及對不同種蒼術(shù)屬進行鑒別。因此，分析蒼術(shù)屬的遺傳進化時利用 ITS 基因比其他2種基因能發(fā)現(xiàn)更多的遺傳變異，但僅從基因序列的差異來鑒定5個蒼術(shù)屬品種的親緣關(guān)系，得出的結(jié)果可能有一定的局限性，所以需要用其他多種方法進行綜合分析，看看ITS序列分析適不適合用于蒼術(shù)屬品種間的親緣關(guān)系鑒定。

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