老鸦瓣属药用植物分子系统学与生物地理学研究

The genus Amana, including five species, is a group confined to East Asia. A. anhuiensis is the species which we found earlier, while A. edulis is the botanical origin of the traditional Chinese medicine (TCM) “Guangcigu”. At present, knowledge of molecular phylogeny and biogeography of the genus Amana is little. In this study, the samples from these five species of Amana in China are collected to establish a germplasm resources nursery, and both nuclear DNA and chloroplast DNA sequences are used to investigate the phylogeny and biogeography of the genus, and geographical origin of the genus, phylogenetic relationships, interspecies divergence times, migration routes, and causes of interspecific diversification within the genus are analyzed, and to discuss whether the extensive uplift of the Qinghai-Tibetan Plateau and Asian monsoon led to A. edulis as the botanical origin of TCM “Guangcigu”. The findings of the study will provide much deeper understandings of evolutionary mechanisms of Amana, and is helpful to clarify relationships between these five species of the genus to provide a theoretical basis for searching new alternative medicine source, and the TCM “Guangcigu” and its adulterants can be identified based on these DNA markers in order to provide scientific proof for use safely of the TCM.

老鸦瓣属为东亚地区特有的类群，共包括5个物种。其中，皖浙老鸦瓣是本项目组前期发现的物种，而老鸦瓣是常用中药光慈菇的基源植物。目前，尚未有关于包括老鸦瓣属所有物种的该属分子系统学和生物地理学的研究报道。本项目通过在全国实地采集老鸦瓣属的所有物种，建立该属种质资源圃；以核DNA序列和叶绿体DNA序列为分子标记，对老鸦瓣属进行分子系统学及生物地理学研究，分析该属的地理起源、各物种之间的系统发育关系、分化时间、扩散路径和种间分化原因，探讨青藏高原的隆升和亚洲季风气候的形成是否导致了老鸦瓣成为中药光慈菇的基源植物。本项目的研究成果有助于深入揭示老鸦瓣属的宏进化机制，有助于理清该属药用种类与其他种类的亲缘关系，为寻找中药光慈菇新的替代药源提供理论依据；利用老鸦瓣属的分子标记可以对中药光慈菇进行真伪鉴定，为该种药材的安全有效使用提供科学依据。

老鸦瓣属Amana为东亚地区特有的类群。老鸦瓣A. edulis是常用中药光慈菇的基源植物。本研究在全国实地采集了老鸦瓣属中老鸦瓣A. edulis、二叶郁金香A. erythronioides、皖郁金香A. anhuiensis、括苍山老鸦瓣A. kuocangshanica、皖浙老鸦瓣A. wanzhensis和宝华老鸦瓣A. baohuaensis等6个物种的样本，建立了该属种质资源圃。从6个物种中选取55份样本用于叶绿体全基因组测序。基于叶绿体基因组中74个叶绿体CDS序列为分子标记对老鸦瓣属进行了系统发育分析、分化时间估算和生物地理学研究。结果表明：（1）老鸦瓣属的所有单倍型形成单系，为有效属，起源于8.9344百万年前（Ma）的中新世后期，且于3.4864 Ma的上新世中期在安徽和浙江发生了属内分化；（2）所采集样本的老鸦瓣属的6个物种均为有效种，且物种形成的地点均为安徽和浙江，各物种在分化以后，不同程度地从起源地安徽和浙江向周边扩散；（3）老鸦瓣于上新世中期（3.4864 Ma）起源于安徽和浙江，并分别向江苏、河南、江西、以上三省以西的长江中下游地区、华北平原东部地区（如山东）、东北地区、朝鲜和日本不断迁移；（4）季风气候的形成过程可能导致了老鸦瓣属的起源和分化，青藏高原的强烈隆升导致了季风气候不断加强，从而导致老鸦瓣的分布区远远大于同属其他所有种类的物种。因此，老鸦瓣相对于同属其他物种来说，比较常见、容易获得，从而能够作为药用植物成为中药光慈菇的基源植物；（5）由于老鸦瓣属为有效属，因此在老鸦瓣的同属其他物种之中，有可能寻找到中药光慈菇新的替代药源，从而保护光慈菇资源；（6）用于构建老鸦瓣属系统发育树的叶绿体DNA分子标记在老鸦瓣与同属其他物种之间具有一定的差异，因此可以利用这种DNA分子标记对中药光慈菇基源植物进行真伪鉴定，为该种药材的安全有效使用提供科学依据。