粤港澳大湾区本土种子植物DNA条形码参考库的构建与应用

本研究针对粤港澳大湾区(GBA)快速城市化与气候变化导致的生态系统脆弱性问题，通过构建包含matK、rbcL和ITS2三种标准条形码的种子植物DNA参考数据库，覆盖192科1117属2864种本土植物，其中新增516物种的695个样本测序数据。该研究解决了传统形态学鉴定效率低、准确性差的痛点，为区域生物多样性监测、濒危物种保护及植物进化研究提供了分子技术支撑，相关数据已公开于BOLD系统（DS-GHMGBA）。

　　

研究背景与意义

粤港澳大湾区作为中国南海岸的经济引擎，其独特的亚热带常绿阔叶林生态系统正面临城市化扩张与气候变化的双重威胁。传统形态学鉴定方法在幼苗期标本或近缘种区分中存在明显局限，而DNA条形码技术通过标准化基因片段（如植物常用的matK、rbcL和ITS2）可突破这些瓶颈。尽管全球已有多个植物条形码数据库，但针对高度城市化区域的本地化参考库仍属空白。这项发表于《Scientific Data》的研究，首次系统构建了GBA区域种子植物的多基因条形码参考体系，为生态修复与物种精准管理奠定分子基础。

关键技术方法

研究团队通过野外采集（覆盖广东8个城市）与标本馆记录筛选，整合了20,359条标准条形码序列，包含新测序的1,860条数据（GenBank登录号：PQ331846-PQ565346）。采用CTAB法提取DNA，使用通用引物扩增三个标记基因，经Sanger测序后通过BLASTn验证。数据分析采用MAFFT序列比对、K2P模型计算遗传距离，并构建最大似然树（ML）评估物种分辨率。

研究结果

1. 1.

   数据库覆盖度

   建成包含2864物种的参考库，涵盖该区域75.3%的已知种子植物，其中Poaceae（219种）、Fabaceae（171种）和Orchidaceae（134种）为优势科。

   
2. 2.

   条形码效能评估

   • •

     ITS2单标记表现最佳（BM/BCM正确率87.6%），但存在序列高度变异和真菌污染风险

   • •

     三标记组合（RMI2）分辨率最优（树分析法71.63%），显著优于双质体标记组合（RM仅51.41%）

     
3. 3.

   系统发育分析

   基于RMI2构建的ML树显示67.82%节点支持率>75%，但Fagaceae和Lauraceae等类群因杂交事件影响区分效果。

   

结论与展望

该研究创建的本地化条形码库解决了GBA区域物种鉴定的"最后一公里"问题，尤其对快速环境评估和濒危物种保护具有实操价值。值得注意的是，核基因组标记ITS2与质体标记的互补性验证了多基因策略的必要性。未来需通过增加样本量和引入新一代测序技术，进一步提升对杂交类群（如壳斗科植物）的分辨能力。这项成果不仅为生态学研究提供标准化工具，更探索了高度城市化区域生物多样性保护的创新路径。