重楼属DNA条形码筛选与鉴定方法研究

论文摘要

DNA条形码是一种利用短的、标准的DNA片段鉴定物种的新兴技术。本论文旨在评价DNA条形码候选序列对重楼属的鉴定作用,探讨重楼属植物鉴定新方法,另外,以百合纲ITS2序列作为研究对象,对DNA条形码鉴定算法进行比较,并考察其鉴定效率。本研究对重楼属11个物种17份样品的psbA-trnH、rpoB、rpoC1、rbcL、matK和ITS2序列进行PCR扩增和测序,比较各序列扩增和测序效率、种内和种间变异,进行barcoding gap分析,采用BLAST1和Nearest Distance方法评价不同序列的鉴定能力。以百合纲ITS2序列作为研究对象,在广泛的分类类群中考查ITS2序列的鉴定能力,讨论相似性搜索算法、基于序列比对的距离算法、基于隐马尔科夫模型的HMM算法以及诊断算法在DNA条形码鉴定中的能力。本文的主要研究结果如下：1、ITS2序列在所研究的重楼属植物中的扩增和测序成功率均为100%,其种内种间变异、barcoding gap与其他DNA条形码候选序列相比具有明显的优势,ITS2序列在重楼属中的鉴定成功率达到100%,而生命条形码联盟（CBOL）推荐的matK和rbcL序列的鉴定成功率分别为52.9%和5.9%,二者联合鉴定能力没有提高。对于ITS2序列扩大至29个物种（含10个变种）67份样品依然具有100%的鉴定成功率。实验结果表明,ITS2序列可以准确鉴定重楼属植物,能够正确区分重楼及其混伪品。2、以百合纲ITS2序列作为研究对象,比较BLAST、HMM、K2P Distance和DNA-BAR方法,同时考查了百合纲ITS2序列的鉴定能力,得出BLAST和HMM方法在DNA条形码鉴定中具有显著优势,不仅准确性和精确度较高,并且耗时短,适合于大规模批量化鉴定。ITS2序列在百合纲中的鉴定能力显著,证明了ITS2序列在广泛的分类类群中同样具有高的鉴定能力。3、对百合纲ITS2序列进行特征分析,结果显示百合纲ITS2序列长度稳定,主要集中在214-260bp,GC含量在47%-73%范围内,证明其分子结构稳定。讨论重楼属ITS2序列在百合纲中的鉴定情况,使用BLAST和HMM方法都能够正确识别重楼属的67份样本。最后,本研究建立了百合纲ITS2序列数据库,供进一步的科学研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 项目背景及主要内容
• 1.1 本课题的研究背景及意义
• 1.1.1 DNA条形码研究背景
• 1.1.2 重楼属研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本课题研究的主要内容和方法
• 1.3.1 主要内容
• 1.3.2 主要方法
• 1.4 本研究课题的来源
• 第2章 DNA条形码与生物信息学研究概述
• 2.1 DNA条形码研究概述
• 2.1.1 DNA条形码的标准和优点
• 2.1.2 植物DNA条形码研究现状
• 2.1.3 DNA条形码鉴定流程
• 2.1.4 DNA条形码技术的局限性
• 2.2 生物信息学在DNA条形码研究中的应用
• 2.2.1 DNA条形码鉴定算法
• 2.2.2 DNA条形码数据库
• 第3章 重楼属DNA条形码序列筛选
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料
• 3.2.1 实验仪器
• 3.2.2 实验试剂
• 3.2.3 样品及来源
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 PCR扩增和测序
• 3.3.2 数据处理
• 3.4 结果
• 3.4.1 PCR扩增效率和测序成功率
• 3.4.2 不同DNA条形码候选序列种内种间差异分析
• 3.4.3 序列种内种间变异程度比较
• 3.4.4 DNA条形码候选序列BARCODING GAP检验
• 3.4.5 重楼属DNA条形码候选序列鉴定效率评价
• 3.5 讨论
• 3.5.1 DNA条形码筛选标准及重楼属各序列优缺点比较
• 3.5.2 ITS2序列在重楼属药用植物及药材鉴定中的作用
• 3.5.3 DNA条形码技术在药用植物鉴定中的应用
• 第4章 DNA条形码鉴定算法研究与模块设计
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料
• 4.2.1 实验样本
• 4.2.2 实验硬件及软件
• 4.3 实验方法
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 模块设计
• 4.4.2 鉴定算法比较
• 4.4.3 讨论
• 第5章 百合纲ITS2序列特征分析与数据库设计
• 5.1 引言
• 5.2 实验材料
• 5.2.1 实验样本
• 5.2.2 实验仪器及软件
• 5.3 实验方法
• 5.3.1 序列长度和GC含量
• 5.3.2 重楼属物种鉴定
• 5.3.3 数据库构建
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 ITS2序列长度和GC含量
• 5.4.2 重楼属ITS2序列在百合纲中的鉴定情况
• 5.4.3 百合纲ITS2数据库设计与实现
• 5.4.4 讨论
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研成果