《Scientific Reports》：Limited resolution of DNA barcodes and environmental influence on phytochemical diversity in Berberis integerrima (Berberidaceae)
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本研究针对DNA条形码难以区分小檗属近缘种及环境对药用成分影响机制不明的问题，通过多基因条形码（ITS、matK等）和植物化学分析（TPC、TFC等），构建伊朗小檗首个本地DNA条形码库，揭示海拔通过环境胁迫提升抗氧化物质含量的规律，为种质资源开发利用提供科学依据。
在药用植物研究和开发利用领域，准确鉴定物种和评估其药用价值是两项基础且关键的工作。小檗属（Berberis）植物因其富含具有抗氧化、抗炎、抗菌和利胆活性的生物碱及酚类物质，在食品工业和传统医学中应用广泛。然而，该属内许多物种形态特征相似，仅凭传统分类学方法难以准确区分，这为种质资源的精准鉴定和可持续利用带来了挑战。同时，药用植物的有效成分含量常受生长环境的影响，但环境因子如何调控小檗属植物，特别是近缘物种的次生代谢产物积累，其内在规律尚不清晰。为了解决DNA条形码（DNA barcoding）在区分小檗属近缘种方面的有效性，并深入探究环境因素对伊朗特有物种B. integerrima（全缘小檗）植物化学多样性（phytochemical diversity）的影响，研究人员开展了一项综合性的研究。
为达成研究目标，作者采用了多学科交叉的研究策略。关键技术方法包括：对四个小檗属近缘种（共96份样本）及伊朗B. integerrima（59份样本）进行六种核基因组和叶绿体基因组DNA条形码（ITS, matK, ndhF, rbcL, trnH-psbA, trnL-trnF）测序与系统发育分析（ML法）、群体遗传结构分析（STRUCTURE软件）、聚类分析（UPGMA法）、分子方差分析（AMOVA）和主坐标分析（PCoA）；同时对来自25个野生种群（14个用于遗传分析）的B. integerrima样本进行植物化学分析，测定总酚含量（TPC）、总黄酮含量（TFC）、花青素含量以及三种抗氧化活性（DPPH、FRAP、ABTS?法），并分析其与地理气候因子的相关性。
DNA条形码的分辨率评估
研究人员通过最大似然法（ML）、STRUCTURE、UPGMA等多种分析方法评估了六个DNA条形码（单独或组合使用）对四种小檗属近缘种的分辨能力。结果表明，无论是单独使用还是组合使用，这些DNA条形码均未能为这四个近缘种提供足够的分辨率以实现清晰界定。不过，在众多标记中，核糖体内转录间隔区（ITS）和叶绿体基因间隔区trnH-psbA显示出相对较好的区分效果。
伊朗B. integerrima的遗传多样性与种群结构
为了深入了解伊朗B. integerrima的遗传背景，研究团队构建了该物种首个本地DNA条形码参考库，涵盖了14个野生种群。基于STRUCTURE软件的分析提示，这些B. integerrima的样本可以划分为四个亚群。这一遗传结构划分结果在UPGMA聚类树图中得到了呼应，样本主要按照四个大支簇聚集，并且来自相同或邻近地理区域的样本大多聚集在同一支簇中。分子方差分析（AMOVA）进一步量化了遗传变异的来源，结果显示，观察到的遗传变异中，有24.91%（核DNA）和34.91%（叶绿体DNA）源于亚群之间的差异，而绝大部分变异（核DNA 75.08%，叶绿体DNA 65.09%）则存在于亚群内部。
植物化学多样性及其与环境因子的关联
对25个B. integerrima种群的植物化学分析揭示了其代谢产物含量的显著差异。研究发现，生长在高海拔地区的种群积累了最高水平的生物活性物质：其抗氧化活性（DPPH清除率达90.62%，FRAP值为4.62 mg GAE g?1DW）、花青素含量（5.06 mg g?1DW）、总酚含量（TPC, 36.38 mg GAE g?1DW）和总黄酮含量（TFC, 8.52 mg QE g?1DW）均显著较高。统计分析表明，这些植物化学物质与抗氧化能力之间存在显著的正相关关系。更重要的是，研究将这种化学多样性与环境因子联系起来，发现较低的温度、较高的纬度、增强的紫外线（UV）辐射以及较少的降雨量有助于提升生物活性化合物的水平。这表明环境胁迫是激发次生代谢产物（secondary metabolites）合成的重要驱动因子。
本研究系统评估了DNA条形码在小檗属近缘种鉴定中的应用局限性，并首次详细揭示了环境因素（特别是高海拔相关的胁迫条件）对伊朗B. integerrima植物化学多样性的塑造作用。研究结果不仅为小檗属植物的物种鉴定提供了分子依据，指出了当前常用条形码的不足及潜力标记（ITS和trnH-psbA），更重要的是，阐明了环境胁迫如何有效提升药用植物的药用价值，明确了高海拔种群在抗氧化成分积累方面的显著优势。这为未来有针对性地收集和保育具有高药用潜力的种质资源、进行遗传改良以及系统性开发利用B. integerrima提供了关键的科学依据和实践指导，凸显了其在营养保健品和药物开发领域的巨大潜力。该研究是迄今为止对伊朗小檗遗传变异和种群结构最为全面的分析之一，相关发现发表于《Scientific Reports》。
