从Angelica gigas Nakai中开发叶绿体InDel标记，为了解Angelica属物种的种内和种间遗传多样性提供了新的见解

《Journal of Applied Research on Medicinal and Aromatic Plants》：Development of Chloroplast InDel Markers from Angelica gigas Nakai, Providing Insight into Intraspecific and Interspecific Genetic Diversity in Angelica Species

Angelica gigas的氯oplast基因组通过开发cpInDel标记，揭示了内种间遗传多样性较低（PIC=0.20）而外种间差异显著（PIC=0.40），为近缘物种鉴别提供新工具。

　　本研究聚焦于一种重要的药用植物——当归（*Angelica gigas* Nakai），旨在通过开发基于叶绿体基因组的插入或缺失（cpInDel）标记，深入探讨其在属内和属间遗传多样性方面的应用潜力。当归属于伞形科（Apiaceae）植物，广泛应用于亚洲传统草药体系中，尤其在韩国、中国和日本等地被用作治疗多种疾病的药材。其根部富含多种活性化合物，如脱氧当归素、脱氧当归素乙酸酯、吡喃香豆素、精油和多炔类物质，这些成分赋予了当归显著的药理价值。然而，尽管当归在传统医学和现代药学中具有重要地位，其遗传资源的研究仍相对不足，尤其是在品种改良、新品种开发以及起源分析方面。此外，由于当归与其他相关药用植物在名称上的相似性，其在传统中药市场中常被混淆，这进一步凸显了开发有效遗传标记以进行准确分类和鉴别研究的必要性。

叶绿体作为植物细胞中重要的细胞器，其基因组具有独特的结构和功能特性。叶绿体基因组（cpDNA）通常以双链环状DNA分子的形式存在，具有四部分结构：长单拷贝区（LSC）、短单拷贝区（SSC）以及两个重复的反向重复区（IRa和IRb）。这种结构使得叶绿体基因组在不同植物物种中表现出一定的保守性，同时也为遗传多样性分析提供了稳定的参考材料。由于叶绿体基因组主要通过母系遗传传递，其突变率较低，因此在物种鉴定和系统发育研究中具有重要的应用价值。然而，在同一种植物内部，叶绿体基因组的变异程度通常较低，这使得它在评估种内遗传多样性时面临一定的局限性。因此，本研究选择基于叶绿体基因组开发cpInDel标记，以期在种内和种间层面提供更具区分力的遗传信息。

本研究的主要目标是利用当归的叶绿体基因组序列，开发适用于种内和种间遗传多样性分析的cpInDel标记。通过比较五个当归叶绿体基因组序列，研究人员识别出了多个插入或缺失区域，并成功设计了25对引物。随后，通过对当归不同种群的多态性测试，最终筛选出24对具有显著多态性的cpInDel标记。这些标记被应用于88个当归样本的分析，结果显示其在种内多态性方面的分辨率较低，平均多态信息含量（PIC）值为0.20，平均基因型数（NG）为2.33。相比之下，在对13个*Angelica*属物种（共115个样本）进行种间比较时，这些cpInDel标记表现出较高的分辨率，平均PIC值达到0.40，平均NG为4.63，且标记的可用性为0.99。这一结果表明，虽然cpInDel标记在种内多样性分析中提供的信息有限，但其在种间系统发育分类和物种鉴别方面具有显著的优势，尤其是在区分当归与其他密切相关药用植物方面。

为了进一步验证cpInDel标记的适用性，研究人员还对当归的叶绿体基因组进行了详细分析。所研究的当归栽培品种“Manchu”的叶绿体基因组总长度为146,918 bp，呈现出典型的四部分结构。其中，LSC区长度为93,120 bp，SSC区为17,582 bp，而每个IR区（IRa和IRb）的长度均为18,108 bp。这种结构与之前关于当归叶绿体基因组的研究结果一致，表明该基因组在结构上具有高度的保守性。此外，研究还计算了该叶绿体基因组的GC含量，为后续分析提供了重要的参考数据。值得注意的是，当归作为二倍体植物（2n = 22），其基因组结构相对稳定，这使得基于叶绿体基因组的标记开发具有更高的可行性。

在实际应用中，研究人员收集了韩国各地栽培的65个当归样本以及在传统中药市场流通的23个当归药材样本，用于种内遗传多样性的分析。同时，为了进行种间比较，还采集了来自韩国传统中药市场和两个在线平台的样本。这些样本的广泛来源确保了研究结果的代表性和可靠性。通过对这些样本的cpInDel标记分析，研究人员发现，尽管当归在种内表现出一定的遗传多样性，但其叶绿体基因组的多态性仍然有限，这表明种内遗传变异可能主要来源于核基因组或线粒体基因组。因此，在种内遗传多样性分析中，cpInDel标记可能无法提供足够的分辨率，而更适合用于种间分类和系统发育研究。

此外，本研究还对*Angelica*属的其他物种进行了分析，包括*Angelica sinensis* Diels（中国当归）和*Angelica acutiloba* Kitagawa（日本当归）等。这些物种在传统医学中同样具有重要的地位，但它们的叶绿体基因组可能在结构和序列上存在差异，从而影响cpInDel标记的适用性。通过使用24对cpInDel标记，研究人员成功构建了*Angelica*属物种的系统发育树，并发现这些标记在种间分类中表现出较高的分辨率。这一发现不仅有助于更准确地鉴定*Angelica*属物种，也为该属植物的系统发育研究提供了新的工具和方法。

在讨论部分，研究人员指出，尽管cpInDel标记在种内多样性分析中提供的信息有限，但在种间分类和系统发育研究中却具有显著的优势。这一结论与以往的研究结果相吻合，即叶绿体基因组的多态性通常在种间高于种内。因此，cpInDel标记可以作为一种高效的工具，用于区分不同*Angelica*属物种，尤其是在种间亲缘关系较远的情况下。然而，研究人员也提到，在某些情况下，由于叶绿体基因组的保守性，可能需要结合其他类型的遗传标记，如核基因组衍生的简单重复序列（SSR）或单核苷酸多态性（SNP），以获得更全面的遗传信息。

在实际应用中，cpInDel标记的开发为*Angelica*属植物的遗传资源保护和利用提供了重要的支持。通过这些标记，研究人员可以更有效地评估不同种群之间的遗传关系，从而为育种工作和新品种开发提供科学依据。此外，这些标记还可以用于中药市场的质量控制和真伪鉴别，帮助消费者和制药企业识别真正的当归或其他相关药材，防止因混淆而导致的误用或质量问题。随着分子生物学技术的发展，cpInDel标记的应用范围将进一步扩大，为植物遗传学、系统发育学以及药用植物研究提供更加精准和高效的工具。

在研究过程中，研究人员还注意到，当归在不同地区和市场中的遗传多样性可能存在一定的差异。这种差异可能受到环境因素、栽培方式以及人为选择的影响。因此，进一步的研究需要考虑这些外部因素对叶绿体基因组变异的影响，并探索更广泛的样本来源以确保研究结果的全面性和代表性。此外，研究人员还提到，虽然当前的cpInDel标记在种间分类中表现出较高的分辨率，但其在某些特定情况下可能仍然存在局限性，例如当种间遗传差异较小时。因此，未来的研究可以结合多种遗传标记，以提高分类的准确性和可靠性。

总的来说，本研究通过开发基于叶绿体基因组的cpInDel标记，为*Angelica*属植物的遗传多样性分析提供了新的方法和工具。这些标记在种间分类和系统发育研究中表现出较高的分辨率，适用于区分不同*Angelica*属物种，包括当归与其他相关药材。尽管在种内分析中其多态性较低，但这一局限性可以通过与其他类型的遗传标记相结合来弥补。本研究的结果不仅有助于深入了解当归的遗传结构，也为该属植物的系统发育研究和中药材质量控制提供了重要的参考价值。随着研究的深入和技术的进步，cpInDel标记的应用将更加广泛，为药用植物的遗传资源保护和利用带来更多的可能性。