全 文 ：基于 ITS序列研究当归属 、前胡属间的关系
与紫花前胡的分类地位
薛华杰 1 ,闫茂华 1, 3 ,王年鹤2 ,王蔓丽 1 ,陆长梅 1 ,吴国荣 1
(1.南京师范大学生命科学学院 ,江苏南京 210097)
(2.江苏省中国科学院植物研究所 ,江苏南京 210014)
(3.连云港师范高等专科学校 ,江苏连云港 222006)
[摘要 ] 　采用 PCR直接测序的方法 ,测定了当归属(Angelica)、前胡属(Peucedanum)等 2属 23种的核糖体
DNAITS(不含 5.8S)序列 ,并结合 GenBank中 2属 6种的 ITS序列 ,以羌活属的羌活(Notopterygiumincisum)作
为外类群 , 根据 ITS序列 ,应用遗传距离值与系统发生树分析法对当归属 、前胡属之间的亲缘关系及紫花前胡
(Angelicadecursiva/Peucedanumdecursivum)的系统地位进行了研究.结果表明:(1)当归属与前胡属的亲缘关系
很近;(2)结合形态学与化学等其它学科证据支持将紫花前胡归属到当归属.
[关键词 ] 　当归属 ,前胡属 ,亲缘关系 ,紫花前胡 ,分类地位 , ITS序列
[中图分类号 ] Q949　[文献标识码 ] A　[文章编号 ] 1001-4616(2007)03-0097-05
RelationshipBetweenAngelicaandPeucedanumandthePhylogenetic
PositionofAngelicadecursiva/PeucedanumdecursivumBased
ontheEvidencesFromITSSequences
XueHuajie1 , YanMaohua1, 3 , WangNianhe2 , WangManli1 , LuChangmei1 , WuGuorong1
(1.SchoolofLifeScience, NanjingNormalUniversity, Nanjing210097, China)
(2.InstituteofBotany, JiangsuProvinceandtheChineseAcademyofSciences, Nanjing210014, China)
(3.LianyungangTeacher sColege, Lianyungang222006, China)
Abstract:ThesequencedivergencesandphylogenetictreeanalysismethodsbasedontheITSsequenceof
ribosomalDNA(excluding5.8 S)wereappliedtoresolvetherelationshipbetweenthetwogeneraofAn-
gelicaandPeucedanumandthephylogeneticpositionofAngelicadecursiva/Peucedanumdecursivum.No-
topterygiumincisumTingexH.T.Changwasusedastheoutgroup.Theresultsdemonstratedthat:(1)
therewasarelativecloserelationshipbetweenAngelicaandPeucedanum;(2)beingassociatedwithre-
sultsfrommorphology, chemistryandothers, resultsinthispapersupportedtheviewthatA.decursiva/
P.decursivumshouldbeclassifiedintoAngelica.
Keywords:Angelica, Peucedanum, relationship, A.decursiva/P.decursivum, taxonomy, ITSsequence
　收稿日期:2006-10-12.修回日期:2007-01-08.
基金项目:国家自然科学基金(30270097)资助项目.
作者简介:薛华杰(1982—),硕士研究生 ,主要从事植物分子生物学和植物生理学的学习与研究.E-mail:xlgod@yahoo.com.cn
通讯联系人:陆长梅(1969—),女 ,副教授 ,主要从事植物学的教学与研究.E-mail:luchangmei@njnu.edu.cn
0　引言
伞形科(Umbeliferae)芹亚科(Apioideae)是植物界中的一个古老的 、形态变异较大的复合属亚科 ,其
分类一直困扰着全世界植物学家.基于形态等经典分类学指标构建的芹亚科分类系统(如 《中国植物
志 》[ 1] )分别将当归属(Angelica)和前胡属(Peucedanum)归属到前胡族 (Peucedaneae)的当归亚族(An-
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2007年 9月 　　　　
南京师大学报(自然科学版)
JOURNALOFNANJINGNORMALUNIVERSITY(NaturalScienceEdition)　　　　
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gelicinae)和阿魏亚族(Ferulinae).由于以上分类系统采用的基于经典形态指标的 Drude分类系统 ,而近
20年来有关植物的化学成分和分子分类学等的研究表明 ,它们并不是一个自然的分类系统 ,如狭义当归
属植物还可以进一步划分为多个组 ,而这些组又分别与前胡属中的某些种类有比较近的亲缘关系.因此当
归属与前胡属之间的亲缘关系值得进一步探讨 [ 2-3] .在当归属与前胡属中 ,还有一些种类的系统位置仍存
在争议 ,如紫花前胡(Angelicadecursiva/Peucedanumdecursivum)[ 1, 4-6] .
近年来的植物分子系统学 ,已被广泛应用于植物系统学的重建以及探讨用经典分类学难以确定的分
类问题.而其中的 ITS区(包括 ITS1和 ITS2)具有长度保守性和核苷酸序列的高度变异性 ,而相对其它片
段的高度变异性又使得该序列较适合于属内及属间不同层次的分类学研究.但迄今为止 ,尚未有运用
DNA分子序列对当归属 、前胡属以及紫花前胡的系统地位进行研究的报导.
1　材料与方法
1.1　材料
　　实验所用材料包括 3个属 23个种 ,分别来自中国和日本.这些材料(幼嫩叶片)均由江苏省中国科学
院植物研究所的王年鹤研究员于 2003 ～ 2004年间采集并鉴定 ,凭证标本保存在江苏省中国科学院植物研
究所标本馆(NAS),以备查验.材料采集地等信息详见表 1.另有 1个当归属 、5个前胡属的 ITS序列来自
GenBank.以羌活作为外类群.
表 1　用于核糖体 DNAITS序列分析的植物材料来源 、凭证标本与 GenBank登录号
Table1　TaxaandvouchernumbersusedforthisstudyandtheirGenBankaccesionnumbers
编号 分类群 中文名 来源 凭证标本 /GenBank登录号
1
Angelicadecursiva(Miquel)Franchet＆Savatier/Peucedanum
decursivum(Miquel)Maximowicz 紫花前胡 日本大阪药科大学 NHW 200427/DQ263563
2
A.decursivaf.albiflora(Maxim.)Nakai/P.decursivumvar.
albiflorumMaxim. 鸭巴前胡 中国吉林长白山 NHW 200405/DQ263574
3 A.acutiloba(Sieb.＆Zucc.)Kitagawa. 东当归 日本大阪药科大学 NHW 200424/DQ278165
4 A.amurensisSchishk. 黑水当归 中国吉林长白山 NHW 200404/DQ263581
5 A.bisrataYuan＆Shan 重齿当归 中国浙江天目山 NHW 200501/DQ270207
6 A.cartilaginomarginatavar.foliosaYuan＆Shan 骨缘当归 中国江苏省植物研究所 NHW 200425/DQ263589
7
A.dahurica(FischerexHofmann)Benth.＆Hook.f.ex
Franch.＆Sav. 白芷 日本大阪药科大学 NHW 200426/DQ278167
8 A.furcijugaKitagawa - 日本大阪药科大学 NHW 200423/DQ278164
9 A.genuflexaNutallinTorey＆A.Gray 毛珠当归 日本北海道津顿别 NHW 200430/DQ263566
10 A.gigasNakai 朝鲜当归 中国吉林长白山 NHW 200407/DQ263580
11 A.japonicaA.Gray. 日本当归 日本大阪药科大学 NHW 200425/DQ278166
12 A.KeiskeiKoidz. 明日叶 日本八丈岛 NHW 200422/DQ263562
13 A.koreanaMaxim. - GenBank AF455749
14 A.laxifoliataDiels 疏叶当归 中国四川九寨沟 NHW 200419/DQ263586
15 A.moriHayata 福参 中国福建武夷山 NHW 200402/DQ263573
16 A.omeiensisYuan＆Shan 峨嵋当归 中国四川峨嵋 NHW 2000316/DQ263571
17 A.polymorphaMaxim. 拐芹 中国江苏省植物研究所 NHW 200426/DQ263590
18 A.pubescensf.biserataR.H.Shan＆C.Q.Yuan 毛当归 日本大阪萩谷 NHW 200431/DQ263567
19 A.sachalinensisMaxim. 库页当归 日本北海道津顿别 NHW 200428/DQ263564
20 A.tsinlingensisK.T.Fu 秦岭当归 中国陕西华山 NHW 200319/DQ263572
21 A.ursine(Rupr.)Maxim. 虾夷当归 日本北海道津顿别 NHW 200429/DQ263565
22 PeucedanumbourgaeiRegel. - GenBank AH012689
23 P.cervariaCusson＆Lapeyr.Hist. - GenBank AF008608(ITS1), AF009087(ITS2)
24 P.japonicumThunb. 滨海前胡 日本大阪药科大学 NHW 200333/DQ270201
25 P.ledebourieloidesK.F.Fu 华山前胡 中国陕西华山 NHW 200320/DQ270200
26 P.morisoniBes. 准噶尔前胡 GenBank AF077903
27 P.oficinaleBess. - GenBank AH012690
28 P.terebinthaceum(FischerexTreviranus)Ledebour 石防风 GenBank AY548216
29＊ NotopterygiumincisumTingexH.T.Chang＊ 羌活 中国四川康定 NHW 200410/DQ278168
　　注:＊表示外类群.
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1.2　实验方法
1.2.1　植物总 DNA的提取与 ITS区片段扩增 、纯化 、测序与 ITS序列确定
　　基因组 DNA的提取采用上海申能博采公司的 3SSpinPlant基因组提取试剂盒.提取的基因组 DNA
用 ITS通用引物 ITS4和 ITS5[ 7]直接进行 PCR扩增.PCR扩增产物经纯化后直接测序.所测各属各种类的
ITS序列始末端的决定 ,均参考了 GenBank中各相关属植物的 ITS序列.
1.2.2　数据分析
所得序列用 ClustalX程序进行对位排列 ,并经手工校正.利用 Mega3.1软件对序列进行分析 ,计算各
类群间的核苷酸差异值及差异矫正值 ,最后用 PAUP4.0 beta10 win软件分别应用邻接法 、最大简约法与
最大似然法构建 ITS系统树.
2　结果与分析
2.1　不同种类 ITS的长度与 GC质量分数比较
　　文中所涉及的当归属 、前胡属植物以及紫花前胡(包括其变种鸭巴前胡)的 ITS各区段长度以及它们
的 GC含量分数具体见表 2.由表 2可见 ,所测当归属与前胡属植物的两段 ITS序列的长度与 GC含量非常
接近 ,两者之间并无明显的区别;紫花前胡(原变种以及变种鸭巴前胡)的 ITS序列长度与 GC含量也均在
当归属与前胡属植物的变化范围.
表 2　当归属 、前胡属以及紫花前胡的 ITS(包括 ITS1与 ITS2)序列特征比较
Table2　ComparisonoflengthsandG＆CcontentsamongAngelica, Peucedanum, andA.decursivaondiferentITSregions
当归属 前胡属 紫花前胡＊
ITS1 长度范围 (平均值)(bp) 215～ 218(216) 216(216) 216-217(216.5)
长度 (bp) 218 216 217
GC值含量范围 (平均值)/% 52.3～ 59.6(55.7) 56.5 ～ 56.9(56.7) 53.7～ 57.4(56.5)
ITS2 长度范围(平均值)(bp) 221～ 223(221) 221 ～ 222(222) 221～ 223(222)
比对长度(bp) 223 222 223
GC值含量范围 (平均值)/% 54.1～ 58.0(55.9) 57.5 ～ 57.7(57.6) 55.7～ 58.6(57.6)
ITS1+ITS2 长度范围(平均值)(bp) 437～ 441(437.3) 437 ～ 438(437.5) 437～ 440(438)
比对长度(bp) 441 438 440
GC值含量范围 (平均值)/% 53.2～ 57.8(55.7) 57.1 ～ 57.2(57.2) 55.7～ 57.4(57.2)
　　注:＊包括紫花前胡与其变种鸭巴前胡.
2.2　基于 ITS序列分析各种类之间的遗传距离
除羌活外 ,所有分析种类的 ITS序列经排序后其总长度为 448bp(包括 gap,不包括 5.8S区).屈良鹄
等曾通过对不同植物类群的 ITS序列分析比较得出:被子植物大多数科属的 ITS序列的属内种间差异值
为 0.012 ～ 0.102,属间差异值为 0.096 ～ 0.288[ 8] .而基于 ITS序列分析当归属与前胡属间以及紫花前胡
与它们之间的遗传距离值可见(具体见表 3):当归属与前胡属之间的遗传距离值只有 0.078,小于一般属
间差异值 ,显示当归属与前胡属这两属之间的亲缘关系很近;而紫花前胡(包括原变种和变种)与当归属
之间的遗传距离值为 0.067,略小于紫花前胡与前胡属之间的遗传距离值 0.075.
2.3　分子系统树的比较和分析
根据 ITS序列以羌活作为外类群通过邻接法 、最大简约法和最大似然法分别构建 NJ树(图 1)、MP树
(图 2)和 ML树(图 3).虽然这 3个系统树的构建依据了不同的计算方法:NJ树的构建依据了距离法 ,而
MP树与 ML树的构建依据了独立元素法(discretecharactermethod),但比较这 3个系统树发现 ,在拓扑结
构上 , 3个系统树之间相类似 ,它们具有以下共同点:
(1)在 3个系统树中 ,虽然前胡属 、当归属多数种类相对聚集 ,但两者并没有完全构成 2个并列的姐
妹群;前胡属的 7种全部被分成两组:滨海前胡(Peucedanumjaponicum)与石防风(P.terebinthaceu)归为一
组 ,余下的 5个种归到另一组;在 NJ与 MP系统树中 ,滨海前胡与石防风总是与当归属组合成一个大的分
支 ,进而与余下的 5个前胡属种类构成姐妹群;在 ML系统树中 ,滨海前胡与石防风以外的 5个前胡属种
类与当归属植物组合成一个大的分支 ,进而与滨海前胡和石防风组成的分支构成姐妹群.这显示虽然从系
统发生角度分析 ,当归属与前胡属各种类的系统分类地位还未能完全确定 ,但可以看出 ,当归属与前胡属
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薛华杰 ,等:基于 ITS序列研究当归属 、前胡属间的关系与紫花前胡的分类地位
之间不能截然分开 ,它们之间的亲缘关系很近.
(2)虽然紫花前胡与其变种鸭巴前胡的 ITS序列有一个碱
基的差异 ,但在系统树上它们两个以 100%的支持率紧靠在一
起 ,并且在 3个系统树上都无一例外地位于当归属分支的内
部 ,而与前胡属的植物在空间位置上存在一定的距离 ,显示紫
花前胡与当归属的关系更近 ,这与遗传距离值的计算结果一
致.
3　讨论
虽然根据 Drude分类系统 , 《中国植物志》[ 1]等均认为当归
属和前胡属分别属于伞形科芹亚科下的:当归亚族和阿魏亚
族 ,但当归属和前胡属分生果合生面上的油管发达程度 、核型
与花粉类型相似(表 4),部分当归属与前胡属的化学成分相似 ,
显示当归属与前胡属的亲缘关系应该较近 [ 3-12] .而本文基于其
ITS序列 ,分析它们之间的遗传距离可以看出:当归属与前胡属
两属之间的遗传距离值仅为 0.078,小于一般属间的遗传距离
值;而在系统树上 ,虽然绝大多数当归属与前胡属的种类相对
聚集 ,但并没有构成稳定的 、独立的姐妹群 ,前胡属各分类群在
不同系统树上位置互有不同 ,但总有部分分类群与当归属种类
相互混杂共同组成一分支.由此可见 ,基于 ITS的分析结果也同
样提示当归属与前胡属的亲缘关系应该很近 ,在系统分类上可能不应该分属到不同的亚族.
在生产实践中 ,由于发现紫花前胡与前胡属植物白花前胡(P.praeruptorum)的药效相似 ,均具有散风
热 、降气化痰之功效;它们的主要药效成分香豆素含量相近 [ 12] ;《中国高等植物图鉴 》[ 4]和 《江苏植物
志 》[ 5]等将紫花前胡归属到前胡属;在 1955 ～ 2000年间出版的 《中华人民共和国药典 》中 [ 13] ,紫花前胡也
一直被当作前胡属植物而与白花前胡一同被收录为中药前胡的正品.因此 ,不少人尤其是药学工作者习惯
将紫花前胡归属到前胡属也是可以理解的 [ 13] .
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但若从分类学的角度看 ,在果实 、花粉 、核型以及香豆素的类型等方面 ,虽然当归属与前胡属的多数分
类学特征相似 ,但也存在细微的差别 [ 1、 5、 6、12] ;而紫花前胡在有些方面与前胡属相似 ,如侧棱与分生果的合
生面等 ,但更多方面 ,如果实侧棱形状 、香豆素类型等则与当归属的特征更为接近 [ 1、 5、 6, 12] ,这可能是《中国
植物志 》[ 1]与 《FloraofChina》[ 6]将紫花前胡归类到当归属的原因.
而本实验从 ITS序列角度进一步讨论紫花前胡的系统分类地位.结果表明:虽然紫花前胡的 ITS序列
长度与 GC含量均在当归属与前胡属植物的变化范围内(表 2);但紫花前胡与当归属间的遗传距离值
(0.067)要略小于紫花前胡与前胡属之间的遗传距离值(0.075)(表 3),紫花前胡在 3种系统树上均无一
例外地与其它当归属植物一起位于当归属分支的内部 ,而与前胡属的植物在系统树上存在一定的距离
(图 1 ～ 3),显示紫花前胡与当归属的亲缘关系更近.因此 ,基于 ITS序列的分析结果 ,本文支持将紫花前
胡归属到当归属.
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[责任编辑:孙德泉 ]
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