中国特有类群太行菊属植物分子系统发育及DNA条形码研究

Opisthopappus Shih endemic to China, belonging to Chrysantheminae O. Hoffm within the family Asteraceae, has important economic, ecological and medicinal value, but controversy exists about its classification. Based on the long-term census of Taihang Mountain and using microscopy, electron microscopy and other techniques, this project intends to study the morphological characteristics of its reproductive organs and vegetative organs to construct its morphological matrix, which aims to identify the taxonomic status. The chromosome composition, karyotype, 5S and 45S rDNAs are studied by electron microscopy and FISH; With the chloroplast genome sequencing, chloroplast genome structure, genetic differences, and gene loci characteristics are analyzed to establish DNA barcode and further analyze cytology and molecular biology mechanisms of the classification. The results of the project will clarify the infrageneric classification and phylogenetic characteristics, explain interspecies differences and innovate its classification theory system, which provides an important theoretical basis for rational utilization and scientific protection of Opisthopappus Shih.

太行菊属(Opisthopappus Shih)，菊科(Asteraceae) 菊蒿亚族(Chrysantheminae O. Hoffm)， 中国太行山特有属，具有重要的经济、生态和药用价值，但属下分类尚不明确。本项目基于对太行山长期普查的基础上，拟借助光学显微镜、电镜等技术，观察太行菊属属下生殖器官、营养器官的形态特征，构建形态矩阵，明确太行菊属属下分类地位；利用电镜、FISH技术，解析其染色体组成、核型结构、5S和45S rDNAs位点特征，采用叶绿体基因组测序技术，分析其叶绿体基因组结构、遗传差异、特异位点，构建其DNA条形码，深层次解析太行菊属属下分类的细胞学和分子生物学基础。本项目将阐明太行菊属属下系统发育及分类地位，创新、完善该属属下分类理论体系和技术检测体系，为太行菊属合理利用和科学保护提供重要的理论依据。

太行菊属(Opisthopappus Shih)，菊科(Asteraceae) 菊蒿亚族(Chrysantheminae O.Hoffm)， 中国太行山特有属，具有重要的经济、生态和药用价值，但属下分类尚不明确。本项目基于对太行山长期普查的基础上，拟借助光学显微镜、电镜等技术，观察太行菊属属下生殖器官、营养器官的形态特征，构建形态矩阵，明确了太行菊属属下分类地位；基于转录组数据，开发出8个SNP和10个InDel标记，分析太行菊属24个种群的群体遗传变异、谱系结构、进化历史及分布格局的成原。采用叶绿体基因组测序技术，分析了太行菊cpDNA基因组全长151103bp，长裂太行菊cpDNA基因组全长151403bp，其中包括28个蛋白质编码基因，11个非编码基因，38个tRNA基因，8个rRNA基因，共85个基因。其基因间区长度，太行菊种群为86997bp，长裂太行菊种群为87069bp，占基因组的比例分别为57.6%和57.6%，为深层次解析太行菊属属下分类的细胞学和分子生物学基础。此外，本项目以长裂太行菊（山西陵川县红豆峡）和太行菊（河南省焦作市青龙峡）根际土壤为研究对象，经初筛、复筛、纱网过滤，获得6份供试土样。本研究分别测定了供试土样的pH和碱解N、速效P、速效K含量，结果显示供试土样pH分别为7.06和6.98；碱解N含量分别为56.60mg/Kg、42.38mg/Kg, 速效P含量分别为16.86mg/Kg、13.67mg/Kg，速效K含量分别81.81mg/Kg、61.65mg/Kg。综合利用高通量测序技术、微生物学技术和分子生物学技术对其土壤微生物数量、种类、多样性及差异性进行了系统研究，结果显示长裂太行菊根际土壤有 17 个属、1333 种细菌，放线菌门、酸杆菌门、变形菌门为长裂太行菊属根际土壤的优势细菌。相比太行菊，长列太行菊种属相近，但丰富度有差异有明显差异。综合利用生物信息学，对太行菊属植物根际细菌和真菌功能进行了预测分析，结果表明太行菊属植物根际存在大量的固氮、解磷、解钾功能微生物。本项目经过3年实施，从植物学、植物学、微生物学等多个层次，将阐明了太行菊属属下系统发育及分类地位，创新、完善该属属下分类理论体系和技术检测体系，为太行菊属合理利用和科学保护提供重要的理论依据。