贝母类药材基原植物的分子系统学与分子地理学研究

Medicinal Materials “Beimu” is famous Traditional Chinese Medicine with wide pharmacological effects. After investigating the resource of Beimu (Fritillaria), we found many confusing source plants of this kind of medicinal materials, which imply that many species problem exist in Fritillaria.On the basis of result from our previous research,by the molecular systematics we plan to reconstruct the phylogentic tree of source plant of “Beimu” in order to clarify the affinity among five kinds of “Beimu” (Zhebei,Chuanbei,Yibei,Hubeibeimu and Pingbei).By the molecular phylogeography,we hope to resovle the complicated relationship among “Chuanbei” species complex and “Yibei” species complex,and clarify the potential hybridization between species complex, population or subspecies distribution pattern and gene flow. These research will provide a useful genetics basis for identification and classification of medicinal materials “Beimu”,and they also are beneficial to safe and effictive application of Beimu.Through common TCM “Beimu” as a research model and introduction to statistical model and analysis method of genetic diversity in molecular biology, we hope that this research have demonstration role in TCM resource field, and bring wider and deeper insight into TCM research.

贝母类药材是我国著名的大宗常用中药材，具有广泛的药理作用。在我们对贝母资源普查过程中，发现贝母类药材的基源十分混乱，存在着诸多物种问题，极大的影响了贝母类药材的用药安全与有效性。在前期研究的基础上，本申请拟以分子系统学方法，重建贝母类药材基源植物的系统发育树，厘清五大类贝母药材（浙贝、川贝、伊贝、湖北贝母、平贝）的亲缘关系，为贝母类药材的分类与鉴定奠定基础，构建合理的贝母属药材分类系统。以分子地理学方法解决川贝母物种复合群和伊贝母物种复合群的内在的复杂关系，厘清可能存在的种间杂交、居群或亚种间的分布格局和基因流动，为合理的区分这两大类贝母药材提供科学的遗传解释。以常用中药材贝母类药材为研究模型，借鉴分子系统学和分子地理学中前沿的统计方法和遗传多样性分析手段，对中药材资源学中物种基源问题的研究可能产生一定的示范作用，将有可能为中药资源学研究拓宽视野，增强该领域研究的深度和广度。

结合贝母属植物形态与叶绿体基因组两方面的证据，重建了贝母类药材基原物种的系统发育框架，同时揭示了近缘物种之间可能的复杂关系，为贝母类药材基原的准确分类与鉴定提供坚实的科学基础。主要研究结论包括：1）考证清楚了中国贝母类药材的历史渊源，如早期葫芦科土贝母Bolbostemma paniculatum的混用，川贝母类群进入中药材的历史；2）调查清楚了中国贝母类药材的栽培和野生分布状况；3）长江中下游地区的鄂北贝母Fritillaria ebeiensis应为独立物种，不支持将其归并于安徽贝母Fritillaria anhuiensis，湖北贝母F. hupehensis与天目贝母F. monantha的关系较远，不支持将湖北贝母归并于天目贝母，这有利于解决该地区贝母类药材混乱状况；4）厘清了新疆地区贝母属物种的亲缘关系，认为该地区贝母属物种分三类，即新疆地区贝母群（黄花贝母F. verticillata、托里贝母F. tortifolia、裕民贝母F. yuminensis、伊犁贝母F. pallidiflora、新疆贝母F. walujewii）为一类，额敏贝母F. meleagroides与东北地区平贝母F. ussuriensis、砂贝母F. karelinii各为一类，不支持额敏贝母和砂贝母作为新疆地区贝母类药材使用；5）青藏高原及毗邻地区的贝母属植物共分成三个大分支，利用叶绿体全基因组数据可以将该地区涉及到的贝母属13物种明确区分开，支持浓蜜贝母F. mellea、瓦布贝母F . wabuensis和康定贝母F. ecirrhosa的独立物种地位，否定了前人归并处理。.通过上述研究，基于分子系统发育关系、地理分布和形态学分析，认为我国贝母类药材应为四类，即长江中下游的浙贝母群、东北地区的平贝母、新疆地区的伊犁贝母群和青藏高原及毗邻地区的川贝母群。而中国药典的五类贝母药材，即浙贝母、湖北贝母、伊犁贝母、平贝母和川贝母，根据亲缘关系分析，浙贝母和湖北贝母可做同一类药材使用，而伊犁贝母和川贝母的基原，按照现实市场情况，存在多个基原的可能。在完成本项目以后，将继续结合化学成分与亲缘关系进一步研究同类贝母物种的替代潜力。