基于基因组浅层测序的DNA条形码技术揭示中国梧桐属隐存多样性并指导保育策略

本研究通过基因组浅层测序技术，对中国梧桐属（Firmiana）所有10个已知物种及2个未定类群进行叶绿体基因组（plastome）和核核糖体DNA（nrDNA）组装，系统评估超级条形码（super-barcode）、高变区（hyper-variable region）和通用条形码（universal barcode）的物种鉴别效力。研究发现核核糖体DNA内转录间隔区（nrITS）具有最高鉴别分辨率，成功区分所有物种，并首次揭示云南梧桐（F. major）复合群中存在两个隐存谱系，为梧桐属濒危物种的保育管理、分类修订及可持续利用提供了关键分子依据。

　　

引言

物种准确界定是生物多样性保护的基石。梧桐属（Firmiana）作为锦葵科（Malvaceae）的重要类群，包含多种落叶乔木与灌木，其中多数物种在中国属于珍稀濒危植物，亟需采取有效保护措施。然而，该属近缘物种间形态高度相似，传统形态学方法难以应对复杂进化历史的类群鉴定。近年来，DNA条形码技术（DNA barcoding）的发展为物种分子鉴定提供了新思路，尤其基因组浅层测序（genome skimming）可同步获取叶绿体全基因组和核核糖体DNA序列，为物种界定提供多维度分子证据。

材料与方法

研究团队对62份梧桐属样本（涵盖中国全部10个已知物种及2个未定类群）进行基因组浅层测序，组装叶绿体基因组（plastome）和核核糖体DNA（nrDNA）序列。通过比较超级条形码（叶绿体基因组+核DNA）、叶绿体高变条形码及四种通用条形码（rbcL、matK、trnH-psbA和nrITS）的鉴别效率，采用最大似然法（ML）和贝叶斯推断（BI）构建系统发育树，并基于Kimura 2-parameter模型计算遗传距离。

结果

叶绿体基因组特征

所有梧桐属物种的叶绿体基因组均呈现典型的四分体结构，大小介于160,509–161,377 bp之间，GC含量稳定（36.9%–37.1%），共编码114个独特基因。核苷酸多样性分析显示叶绿体基因组高度保守，π值均低于0.02，其中8个高变区域（如trnG^UCC-atpA、ycf1等）被筛选为潜在条形码候选。

系统发育关系

基于叶绿体全基因组（WPM）和nrITS的系统发育分析均支持梧桐属分为两大支系：一支对应传统Erythropsis类群（含F. colorata、F. kerrii等），另一支为Firmiana类群（含F. major、F. simplex等）。nrITS树显示所有10个已知物种均形成高支持度的单系群，而叶绿体基因组未能支持F. calcarea的单系性。

条形码鉴别效能比较

nrITS展现出最高鉴别力，成功区分全部10个物种及未定类群，推荐作为梧桐属核心条形码。叶绿体超级条形码（WPM）鉴别率为9/12，而通用条形码组合中matK+rbcL+trnH-psbA仅能识别2个物种。此外，研究发现GenBank中部分梧桐属质体序列（如MN533966、ON813240）存在鉴定错误，凸显公共数据库数据校验的必要性。

隐存物种发现与遗传分化

在云南梧桐（F. major）复合群中鉴定出两个隐存谱系：Firmiana sp.1（栽培高大乔木）和Firmiana sp.2（野生灌木）。遗传距离分析表明，两者种内距离显著低于种间距离（p<0.05）。nrITS单倍型分析进一步揭示Firmiana sp.2中存在杂合位点，提示其可能为F. major与Firmiana sp.1的杂交后代。

讨论

物种界定与分类修订

分子系统学结果支持近期发表的F. calcarea、F. daweishanensis等物种的分类地位，同时揭示Erythropsis与Firmiana的属间界限仍需通过核基因组数据进一步厘清。云南梧桐复合群中隐存谱系的发现，表明当前物种边界需重新评估，以避免“黑暗灭绝”（dark extinctions）。

保育实践启示

研究建议将F. major与Firmiana sp.2作为独立保护单元（CU）管理，避免杂交导致的遗传淹没（genetic swamping）。栽培型Firmiana sp.1作为珍贵遗传资源，需加强古树就地保护。此外，针对片段化分布的种群（如丹霞梧桐F. danxiaensis的丹霞山与南雄群体），应划分为不同进化显著单元（ESU）实施差异化保育。

结论

本研究证实nrITS作为单一条形码可实现梧桐属物种的精准鉴定，为濒危植物保护提供了高效技术手段。基因组浅层测序整合了超级条形码与传统条形码的优势，兼具分类修订与保育规划的双重价值。未来需结合群体基因组学进一步解析隐存谱系的分类地位，并制定基于遗传信息的个性化保育策略。