全球已被发现和描述的维管植物超过30万种，准确识别植物物种尤其是中药材基原物种的精准鉴定仍是一项很大的挑战。常用鉴定方法包括形态鉴定、显微鉴定、理化鉴定、DNA分子鉴定，其中DNA分子鉴定因其不受外界环境因素和生物个体发育阶段、器官组织差异的影响而被广泛应用。目前开发的各种分子标记，大体可分为两类：一是分类单元特异性标记，如序列特征扩增区域SCAR等，具有较强的专属性。《中国药典》收载的蕲蛇、乌梢蛇、川贝母、金钱白花蛇、霍山石斛聚合酶链式反应法均采用了分类单元特异性标记。二是DNA条形码标记，其因使用通用引物进行DNA序列扩增，并根据序列核苷酸多态性识别物种，具有较好的通用性。但由于植物进化过程中普遍存在基因渗入、不完全谱系分选、适应性辐射等现象，使得DNA条形码无法明确定义物种边界，相关技术标准的应用存在局限性。

　　中科院北京基因组研究所（国家生物信息中心）章张、宋述慧团队与中国中医科学院中药资源中心袁媛、黄璐琦团队合作，首次提出了一类新型DNA标记，命名为DNA特征序列（DNA signature sequence, DSS），该标记兼具通用性和专属性特点，由于采用PAV(Presence-Absence Variation)多态性（即0/1）判定特定分类单元是否存在于样本中，具有更高的特异性，因此与来源于其他分类单元相比，DSS标记是一类仅出现在某个特定分类单元的DNA序列。研究成果以 “Accurate identification of taxon‐specific molecular markers in plants based on DNA signature sequence”为题，于2022年8月11日在线发表在Molecular Ecology Resources期刊。

　　研究团队利用第四次全国中药资源普查标本DNA库和公开发表数据资源，收集了来自3,899个植物物种的4,356条叶绿体基因组序列，采用自主开发的植物物种水平DSS标记鉴定流程获取每个物种的DSS标记。分别考察了样本数量、近缘物种数量及序列长度对DSS标记获取的影响。结果表明，待测物种样本数量是影响DSS标记准确性的关键因素，而近缘物种数量对DSS标记的获取无显著性影响。当待测物种样本数量≥ 2、序列长度为40 bp时，能够获取DSS标记的植物物种最多，为82.38%。

　　该研究同时采用PCR-Sanger测序和高通量测序对包括白术、人参在内的165种药用植物的DSS标记进行了准确性验证，结果表明其中159个物种DSS标记可用于与其他3,898种植物物种的鉴定。并对DSS和其他19种DNA条形码标记的特异性和通用性进行了比较，表明DSS标记的特异性为100%，高于其他分子标记；通用性为79.38%，高于matK、ycf5、ycf1、atpB，略低于其他分子标记。

　　DSS标记检测手段灵活，可以与Sanger测序、特异性PCR、高通量测序等不同方法结合，用于从食品、药品和环境样品等混合物中检测植物成分，应用于生物多样性调查、濒危物种贸易监督，以及多基原药材、冷背药材、外来药材和配方颗粒的鉴定等，具有广泛前景和发展空间。

　　中科院北京基因组所（国家生物信息中心）章张研究员和中国中医科学院国家中药资源中心黄璐琦院士、袁媛研究员为本文共同通讯作者。华中一博士研究生、蒋超副研究员、宋述慧研究员为共同第一作者。该研究得到科技部科技基础资源调查专项、中国中医科学院科技创新工程项目、中央本级重大增减支项目“名贵中药资源可持续利用能力建设项目”、国家重点研发计划的资助。

　　论文链接

植物DSS标记开发流程

DSS标记特异性和通用性分析