《Ecological Genetics and Genomics》：Utilization of rbcL and TTS1 genes for genetic diversity assessment in Amaranthus species
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摘要苋属植物（Amaranthus）是被广泛食用的营养丰富的叶菜类蔬菜。然而，其在泰国那空那育府的遗传结构和遗传多样性仍尚待研究。因此，本研究旨在基于叶绿体核糖体1,5-二磷酸羧化酶部分基因（rbcL）和核基因内部转录间隔区1（ITS1）测定当地苋属植物的遗传结构和遗传多样性
摘要
苋属植物（Amaranthus）是被广泛食用的营养丰富的叶菜类蔬菜。然而，其在泰国那空那育府的遗传结构和遗传多样性仍尚待研究。因此，本研究旨在基于叶绿体核糖体1,5-二磷酸羧化酶部分基因（rbcL）和核基因内部转录间隔区1（ITS1）测定当地苋属植物的遗传结构和遗传多样性。采用便利抽样法从农业用地和路旁区域收集标本（n=49），并从超市和生鲜市场购买了4份样品。对rbcL和ITS1基因的部分序列进行了扩增和测序。为确认分类学身份，使用BLASTn工具对每条序列进行了单独分析，并与GenBank数据库进行了比对，确保与目标苋属物种具有高度相似性。结果表明，与核基因ITS1区域相比，rbcL区域显示出更多的可变位点、简约信息位点和单倍位点。此外，rbcL在遗传距离、种间和种内平均距离、多态性位点、突变数以及核苷酸多样性等方面均表现出更高的数值。rbcL区域的最大简约法和最大似然法分析显示，大多数样品被鉴定为Amaranthus dubius（尾穗苋），另有4个样品分别被鉴定为Amaranthus retroflexus（反枝苋）、Amaranthus tricolor（三色苋）、Amaranthus viridis（绿苋）和Spinacia oleracea（菠菜）。研究结果表明，在本研究所采用的实验条件和采样策略下，叶绿体rbcL基因的谱系分辨能力优于核基因ITS1。了解这些遗传模式对于评估当地生物资源状况、建立生态系统管理、粮食安全以及未来可持续利用的基础数据库具有重要意义。
引言
近年来，一些发展中国家的人口正日益面临粮食不安全的问题，表现为对安全、充足、营养食品的获取不足。因此，探索当地和本土食品资源对于增强社区粮食安全至关重要。这一努力与可持续发展目标2（零饥饿）直接相关，其目标是消除饥饿、实现粮食安全、改善营养状况并促进可持续农业[1]。泰国是一个自然资源丰富的国家，尤其是拥有大量本土和地方性粮食作物。苋属植物（Amaranthus）是热带草本植物，具有较高的形态变异度、遗传多样性、表型可塑性和非生物胁迫耐受性[2]。它们通常被作为营养丰富的叶菜类蔬菜食用，富含重要的膳食成分和生物活性化合物，包括维生素、矿物质、碳水化合物、脂类、蛋白质、氨基酸、肽类、槲皮素、异槲皮苷、金丝桃苷、芦丁、山柰酚、紫云英苷、芹菜素、儿茶素、柚皮素、β-胡萝卜素和膳食纤维。这些成分具有重要的药用潜力，具有抗氧化、抗炎和降胆固醇活性，可促进人类健康与福祉3, 4。此外，据报道苋属植物还具有多种药用潜力，例如免疫调节、护肝、护胃、护心、降血脂、抗癌、抗糖尿病和抗菌活性等，这些都得到了临床前研究的支持[5]。此外，苋菜叶片中含有高水平的对香豆酸、葡萄糖醛酸、阿魏酰葡萄糖醛酸、异柠檬酸和抗坏血酸，可作为抗氧化剂发挥作用[6]。此外，据报道苋属植物具有气候韧性和耐旱性，这为增强粮食安全提供了未来的可能性。环境因素会影响营养含量；例如，中等干旱促进了叶片中营养物质和次生代谢物的积累，反映了基因型与环境的相互作用[7]。尽管苋属植物的表型多样性很高（如茎色、叶色和花序），但由于当地种子保存习惯的减少，保存高水平的遗传多样性具有挑战性[8]。因此，对遗传多样性及其保护的研究对于加强粮食安全起着至关重要的作用。
DNA条形码在确定种间和种内变异性方面日益普及。插入简单重复序列（ISSR）和简单重复序列（SSR）标记已被用于展示苋属植物的遗传多样性和部分群体聚类[9]。此外，成熟酶K（matK）、核糖体1,5-二磷酸羧化酶（rbcL）和内部转录间隔区（ITS）序列已被用于研究植物的遗传关系，并被用作物种鉴定的有效工具。苋属植物的系统发育关系已通过matK、rbcL和ITS序列得到表征，结果确认了苋属植物在杂交苋复合群（hybridus complex）内的起源[10]。来自两个地理区域的Amaranthus hybridus（杂交苋）是Amaranthus dubius（尾穗苋）、Amaranthus quitensis（奎那苋）、Amaranthus caudatus（老鸦谷）、Amaranthus cruentus（红苋）和Amaranthus hypochondriacus（美洲苋）的起源[10]。此外，Amaranthus retroflexus（反枝苋）和Amaranthus powellii与杂交苋复合群共享一个共同祖先[10]。
因此，DNA标记是分析遗传多样性、基因型与表型相关性以及植物鉴定的重要工具。据报道，Amaranthus caudatus、Amaranthus cruentus、Amaranthus hybridus、Amaranthus tricolor、Amaranthus paniculatus和Amaranthus hypohondriacus的ITS1、ITS2和5.8S rRNA基因变异度极低，并且在5.8S rRNA区域鉴定出三种保守基序[11]。在之前的研究中，内部转录间隔区（ITS）序列已被开发为DNA条形码，可为Amaranthus tuberculatus（小粒苋）的物种鉴定提供特定的SNPs[12]。此外，位于18S和5.8S rRNA基因之间的非编码间隔区ITS1条形码，在组间复杂性和生物学歧义方面显示出比ITS2更好的群际判别能力[24]。ITS1在描述遗传多样性和分类学覆盖度方面表现出优于ITS2的性能[25]。从荟萃分析来看，由于扩增子大小更短、GC含量更低而易于测序，ITS1可用作DNA标记，其效率明显高于ITS2[26]。此外，据报道matK、rpl32-trnL和ITS序列显示出较强的遗传关系，而核DNA区域（ITS1、ITS2和5.8S）表现出更高的物种判别能力[27]。有趣的是，rbcL和matK叶绿体条形码可以区分五个苋属物种（Amaranthus caudatus、Amaranthus dubius、Amaranthus spinosus、Amaranthus tricolor和Amaranthus viridis），并通过最大似然系统发育分析显示这些物种之间形成一个明显的单系类群[13]。尽管苋属是一种被广泛食用为功能性食品的当地叶菜，有助于粮食安全，但苋属物种表现出表型多样性和多倍体现象，使生物多样性管理和保护更具挑战性14, 15。因此，DNA标记是分析遗传多样性和确定系统发育关系的有用工具。
泰国那空那育府是多样化苋属植物的重要栖息地，但该区域内苋属植物的遗传结构和多样性尚未得到充分阐明。因此，本研究的目标是基于叶绿体rbcL和核基因ITS1基因，考察那空那育府苋属植物的遗传结构和遗传多样性，并使用最大简约法和最大似然法展示谱系分辨能力。这些发现将通过生物多样性保护支持苋属植物的可持续利用，从而促进家庭粮食安全。
章节摘要
化学品
GenUP?植物DNA试剂盒、2xGreen直接加载热启动主混合液、GenUp?PCR纯化试剂盒和100 bp DNA ladder购自biotechrabbit GmbH（德国）。Redsafe核酸染色液（20000X）购自Intron biotechnology, Inc.（韩国）。绝对乙醇购自Merck（美国）。琼脂糖（分子生物学级）购自SERVA（德国）。
样品采集
苋属叶片样品（n=49，样品编码：AS1-10、AS14-33和AS35-53）采用便利抽样法采集
结果与讨论
在本研究中，rbcL和ITS1基因的PCR扩增在51个样品中均取得成功；然而，由于反复尝试后仍然持续扩增失败，两个标本被排除在最终数据集之外。部分rbcL基因的PCR产物大小为600 bp，而部分ITS1基因的PCR产物大小为500 bp，如图3所示。每个扩增的DNA经过纯化后进一步测序，随后每条序列通过blast比对进行物种确认、比对并分析可变位点，
结论
部分rbcL序列的BLAST比对结果表明，大多数苋属样品被鉴定为Amaranthus dubius（尾穗苋），另有四个样品分别被鉴定为Amaranthus tricolor（三色苋）、Amaranthus viridis（绿苋）、Amaranthus retroflexus（反枝苋）和Spinacia oleracea（菠菜）。对于大多数苋属样品的部分ITS1序列被鉴定为Amaranthus hybridus（杂交苋），而两个样品被鉴定为Amaranthus tricolor（三色苋）和Amaranthus viridis（绿苋）。rbcL区域显示出高水平的遗传变异性，
CRediT作者贡献声明
Kun Silprasit：资源、方法论、数据整理。Wittaya Kaewsri：撰写 – 审阅与编辑，方法论。Sunisa Krainara：方法论。Rattiporn Kosuwin：方法论。Sirikul Thummajitsakul：撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 初稿，可视化，验证，方法论，资金获取，形式分析，数据整理，概念构思
利益冲突声明
?作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或可能影响本文所报告工作的个人关系。
致谢
本研究项目由诗纳卡宁威洛大学在2026年科学、研究与创新基本基金下提供资金支持（项目编号020/2569）。
Sirikul Thummajitsakul|Rattiporn Kosuwin|Sunisa Krainara|Wittaya Kaewsri|Kun Silprasit
诗纳卡宁威洛大学物理治疗学院健康促进系，Ongkharak 26120，那空那育府，泰国
