基于叶绿体基因组比较的玉竹属复合群分类修订与药用植物分子标记开发研究

本研究针对玉竹属复合群(Polygonatum sensu lato)物种形态相似度高、分类界限模糊导致的药用资源鉴定难题，通过测序21个叶绿体基因组并结合多方法物种界定分析，验证了82.46%现有分类单元的合理性，开发出可快速区分玉竹属与异黄精属(Heteropolygonatum)的InDel标记及三种药用玉竹物种特异性引物，为传统药材质量控制提供分子工具。

　　

在传统中医药领域，玉竹属复合群(Polygonatum sensu lato)的根茎作为"黄精"药材已有两千余年应用历史，其中黄精(P. sibiricum)、多花黄精(P. cyrtonema)和滇黄精(P. kingianum)因其富含多糖、皂苷等活性成分，在免疫调节、抗氧化等方面展现出重要药理价值。然而，该类群存在显著的分类学困境：形态相似性导致物种界限模糊，加工后的药材难以通过传统方法鉴别，市场上频繁出现近缘物种混用现象。更棘手的是，近二十年来玉竹属与异黄精属(Heteropolygonatum)间已有7个物种的分类地位发生变更，但缺乏高效准确的分子鉴定手段，严重制约了药材质量控制和资源可持续利用。

为破解这一难题，胡应峰团队在《BMC Genomics》发表的研究中，采用叶绿体基因组比较分析方法，对玉竹属复合群开展系统性分类修订和分子标记开发。研究团队历时三年(2020-2023年)跨越中国七省采集21个种群样本，结合公共数据库的102个基因组数据，构建了包含57个物种的叶绿体基因组数据库。通过MAFFT多序列比对、RAxML和MrBayes构建系统发育树，整合ASAP、bPTP、GMYC三种分子物种界定方法和遗传距离分析，建立自动化筛选流程开发特异性分子标记。

叶绿体基因组特征比较

研究发现玉竹属与异黄精属的叶绿体基因组均呈现典型四部分结构，长度范围分别为154,578-155,987 bp和155,278-155,946 bp。t检验显示两属在LSC大单拷贝区(83,530-84,676 bp vs 84,324-84,974 bp)和IR反向重复区(26,295-26,414 bp vs 26,192-26,227 bp)存在显著差异(P<0.01)，而SSC小单拷贝区和其他保守区域无显著变异。基因组成高度保守，均含112个独特基因，包括30个tRNA和78个蛋白编码基因(PCGs)，rps12等3个基因含有双内含子。

系统发育与物种界定

基于78个PCGs构建的系统发育树强烈支持玉竹属(BS=100/PP=1.00)与异黄精属(BS=100/PP=1.00)的单系性，并识别出玉竹属内三个传统分类组：轮叶组(sect. Verticillata)、黄精组(sect. Sibirica)和玉竹组(sect. Polygonatum)。多方法物种界定验证了82.46%的现有分类，其中具多序列代表的物种支持率达90.63%，而单序列物种仅70%。特别值得注意的是，古田山玉竹(P. cyrtonema var. gutianshanicum)与多花黄精形成独立进化支系，支持其变种地位；而P. kingianum、P. huanum和P. uncinatum应合并处理。

分子标记开发

研究团队筛选出563个异黄精属特异性位点、288个黄精特异性位点，开发出两类实用标记：(1)基于IR区156 bp InDel的属级鉴别引物，通过琼脂糖电泳即可区分玉竹属(474 bp)与异黄精属(322 bp)；(2)针对rps11基因的物种特异性SNP引物，可一次性鉴别三种药用玉竹。标记经三重重复验证，稳定性良好。

这项研究建立了从叶绿体基因组比较到分子标记开发的标准化流程，解决了玉竹属复合群分类争议和药材真伪鉴别难题。提出的整合分类学框架可推广至其他药用植物研究，开发的分子标记已具备产业化应用条件，为《中国药典》标准提升和中药材市场监管提供了关键技术支撑。特别是针对古田山玉竹等地理标志产品的特异性鉴别方案，对保护道地药材资源和规范市场秩序具有重要意义。