基于形态特征、光合能力与叶绿体基因组差异的当归、东当归与朝鲜当归分子鉴定体系构建

本研究针对传统药材当归(Angelica sinensis)、东当归(A. acutiloba)和朝鲜当归(A. gigas)因表型相似导致的物种鉴别难题，通过整合形态学观察、光合参数测定及叶绿体基因组测序技术，首次发现psbA、ndhB等10个高变异基因可作为分子标记，建立多层级鉴定体系，为中药材质量控制提供新方法。

　　

在传统中医药体系中，当归、东当归和朝鲜当归的干燥根部均被用作补血调经的珍贵药材，但三者的地理分布、化学成分和疗效存在显著差异。由于形态特征相似，市场上常出现混用现象，这不仅影响临床疗效，更制约了中药材质量标准化进程。针对这一产业痛点，甘肃农业大学干旱生境作物学国家重点实验室的研究团队在《BMC Plant Biology》发表了一项突破性研究，通过多组学方法揭示了三种当归的鉴别特征。

研究采用三大关键技术：①形态学观测结合生物量测定（样本来自中国甘肃、湖北和黑龙江的原产地）；②LI-6400XT光合仪测定Pn-PPFD曲线等12项参数；③Illumina NovaSeq平台完成叶绿体基因组测序，通过mVISTA和DnaSP软件分析核苷酸多样性（Pi）。

【形态特征与光合能力差异】
通过10个月栽培实验发现，三者的叶缘形态显著不同：当归呈不规则粗锯齿状，东当归为尖锐锯齿，朝鲜当归则表现为粗齿急尖。朝鲜当归的生物量（3.07 g/株）显著高于其他两种，其光合效率参数（V_cmax达58.15 μmol·m^-2·s^-1）与高海拔生长的当归形成鲜明对比。

【叶绿体基因组特征】
基因组比较显示显著的长度差异：当归141,869 bp（编码124个基因），东当归和朝鲜当归均为147,050 bp左右（编码128个基因）。IR区域的扩张/收缩导致psbA基因在当归中出现双拷贝，而ndhB基因在东当归和朝鲜当归中呈现双拷贝特征。

【分子标记开发】
通过Pi值分析锁定7个高变异基因（matK、psbN等），其中ycf15基因在当归中完全缺失。PCR验证显示，Aa/AgpsbA（1056 bp）和ycf15（192 bp）引物可特异性区分当归与另两种，而ndhB基因84/468位点的SNP（A/G和T/C）提供了序列水平的鉴别依据。

该研究首次构建了"形态-生理-分子"三级鉴定体系：叶缘形态和茎色可作为初级鉴别指标；psbA/ycf15的凝胶电泳图谱适用于快速筛查；而7个高变基因的测序分析能实现精准区分。这不仅解决了药材混用难题，更揭示了光合适应与基因组进化的关联——朝鲜当归通过IR区域扩张获得更多光合相关基因，与其低海拔高生物量特性相符。该成果为《中国药典》的物种鉴定标准修订提供了直接依据，对保障中药疗效和产业标准化具有重要实践价值。