乌头多倍体复合群物种形成和分化的遗传机制研究

乌头多倍体复合群主要包括乌头属的多倍体种，即，乌头、北乌头和鸭绿乌头。杂交和（或）多倍化事件可能在该复合群的物种形成过程中发挥了重要作用。具有重要药用价值和一千多年栽培历史的川乌，其原植物为该复合群中的乌头的原变种。川乌已在四川江油形成了道地产区，但关于其道地药材形成的遗传机制等问题目前还不清楚。本项目选取乌头多倍体复合群和栽培川乌为主要研究对象，通过细胞学和分子谱系地理学的研究方法，研究该复合群的谱系来源和扩散路径，探讨该复合群在第四纪冰期的可能避难所，揭示我国的华中、华东及华北等地区的纵横山脉在该复合群分化过程中发挥的作用，是迁移通道还是扩散屏障；同时，比较川乌栽培居群与其基原植物（乌头原变种）居群的遗传分化，推测川乌道地药材形成的遗传机制。研究结果一方面将为揭示乌头多倍体复合群物种形成和分化的遗传机制提供依据；另一方面将为其他栽培药用植物和道地药材的研究提供新的思路。

杂交和（或）多倍化事件可能在乌头多倍体复合群的物种形成过程中发挥了重要作用。具有重要药用价值和一千多年栽培历史的川乌，其原植物为该复合群中的乌头原变种。川乌已在四川江油形成了道地产区，但关于其道地药材形成的遗传机制等问题目前还不清楚。本项目选取乌头多倍体复合群及其近缘类群和栽培川乌为主要研究对象，通过开展细胞学、AFLP荧光标记和分子谱系地理学等工作，获得如下结论：（1）乌头多倍体复合群需重新界定：该复合群群只包含乌头原变种（A. carmichaeli var. carmichaeli）、黄山乌头（A. carmichaeli var. hwangshanicum）、深裂乌头（A. carmichaeli var. tripartitum）和展毛乌头（A. carmichaeli var. truppelianum）。原被认为属于该复合群的毛叶乌头（A. carmichaeli var. pubescens）、北乌头（A. kusnezoffii）和鸭绿乌头（A. jaluense）并未参与该复合群的物种形成；（2）黄山乌头、深裂乌头和展毛乌头参与八倍体乌头原变种形成的这一事件是在四倍体水平上发生的；（3）秦岭山脉的南坡为该复合群的分布北缘，而南岭、武陵山和罗霄山脉等山脉为该复合群的扩散通道，黄山地区可能为其冰期避难所；（4）川乌的遗传多样性略小于其野生基原植物乌头原变种，两者遗传分化格局相似，遗传变异主要存在于居群内；（5）八倍体乌头原变种和川乌的乌头碱含量要显著高于四倍体种（P < 0.001），川乌药材道地性的形成具有重要的“生物物种”特性；在叶绿体片段检测方面，川乌出现了特有单倍型（地方特化基因），这一特有单倍型可能正是其药材“道地性”形成的生物学本质，但同时也不排除川乌道地产区独特的栽培技术和加工技术对其道地性形成的影响。.另外，在本项目的支持下，项目申请人还开展了如下工作：（1）利用单边关节内注射弗氏完全佐剂获得的SD大鼠单关节炎模型，检测不同剂量的乌头（100mg/kg/day）、北乌头（100mg/kg/day）和黄草乌（10mg/kg/day和100mg/kg/day）块根75%乙醇提取液对模型的关节疼痛度、胀度、充血情况和血管通透性等指标的影响。结果显示，黄草乌表现出最好的抗关节炎效果；（2）利用二代测序法，开发18对黄草乌核基因SSR引物。