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分子谱系地理学在揭示物种的居群动态和演化历史、探讨栽培药用植物的起源及药材道地性的形成等方面具有重要作用。在乌头属(Aconitum L．)中，乌头(A．carmichaeli Debx．)、北乌头(A．kusnezoffii Reichb．)和鸭绿乌头(A．jaluenseKom．)因具有十分相近的形态学和细胞学特征，一起构成乌头多倍体复合群(A．carmichaeli polyploid complex)。一般认为，正品药材川乌(Chuanwu或RadixAconiti)的原植物是乌头，但乌头种下包含五个变种，究竟哪个变种为川乌的基原植物目前尚不清楚。川乌在我国已有一千多年的栽培历史，道地产地为四川江油。长期的人工栽培选择，川乌栽培居群的遗传多样性和遗传结构与野生基原植物居群相比可能已经发生改变，但改变的程度如何以及是否与该药材道地性的形成有关都有待研究。一般认为，第四纪冰期间冰期时的气候变化对物种当前分布区和遗传格局的形成有重要影响，乌头多倍体复合群的演化是否也受其影响，以及该演化过程是否与川乌药材道地性的形成存在关联也都有待探究。本研究首先利用AFLP分子标记探讨了川乌的基原植物，利用DNA Barcoding技术对正品川乌药材进行了鉴别；然后利用核基因片段和叶绿体基因片段的DNA序列数据对乌头多倍体复合群进行了重新界定，并探讨了各分类群间的关系；在此基础上，开展了乌头多倍体复合群和川乌的谱系地理学研究，推测了川乌的起源方式及影响其药材“道地性”形成的可能遗传分化模式。主要研究结果如下：
1．川乌的基原植物
本研究共筛选到4对AFLP荧光标记引物，对川乌的21份和乌头及其近缘种类的51份材料进行了分析，共检测到985个位点，其中多态位点899个(91．26％)。NJ树的拓扑结构显示，本研究所选用的川乌样品可能具有两个品系，它们分别与乌头原变种(A．carmichaeli var．carmichaeli)和毛叶乌头(A．carmichaeli var．pubescens W．T．Wang et Hsiao)形成聚类，推测这两个变种可能是川乌的基原植物，而乌头原变种可能是川乌的主要种源。
2．正品药材乌头与北乌头的分子鉴定
对来自正品药材乌头和北乌头及其他乌头属植物的134条叶绿体psbA-trnH片段序列进行比较分析，其结果显示：北乌头与乌头难以相互区分；但在两者的所有供试样品中均存在长约56bp的序列，能很好地将两者与其他乌头属植物区分开。
3．乌头多倍体复合群种类界定及相互间关系探讨
对来自乌头属类群的核基因ITS片段的91条序列和叶绿体基因psbA-trnH片段的37条序列的分析表明，乌头多倍体复合群不仅包含乌头及其变种、北乌头及其变种、鸭绿乌头，还应增加疏毛圆锥乌头(A．paniculigerum var．wulingense(Nakai)W．T．Wang)。
根据复合群核基因GS片段(核基因编码的叶绿体型谷氨酰胺合成酶)的拷贝类型的分析表明，八倍体的乌头原变种，其拷贝类型分别来自于均为四倍体的另两个乌头变种：黄山乌头(A．carmichaeli var．hwangshanicum W．T．Wang etHsiao)和深裂乌头(A．carmichaeli var，．tripartitum W．T．Wang)；乌头原变种很可能是由这两变种杂交形成。疏毛圆锥乌头与北鸟头原变种(A．kusnezoffii var．kusnezoffii)及其宽裂变种(A．kuznezoffii var．gibbiferum(Reichb．)Regel)共享大部分拷贝类型，建议将疏毛圆锥乌头并入北乌头展毛变种(A．kusnezoffii var．wulingense W．T．Wang)。毛叶乌头的所有拷贝类型分别与北乌头及其变种、黄山乌头共享，毛叶乌头可能是这两个种(变种)的杂交种，而展毛乌头(A．carmichaelivar．truppelianum(Ulbr．)W．T．Wang et Hsiao)分别与黄山乌头、深裂乌头和疏毛圆锥乌头共享部分拷贝类型，这些种(变种)可能都参与了展毛乌头的物种形成。
4．乌头多倍体复合群的谱系地理学
对两个叶绿体片段ndhA和psbA-trnH进行联合分析，获得乌头多倍体复合群45个野生居群525个个体的32种单倍型。乌头多倍体复合群具有较高的总的遗传多样性(HT=0．897);在居群水平上的遗传多样性相对较低(HS=0．312)，各居群问存在较高的遗传分化(GST=0．652，NST=0．714)，且NST>GST(P<0．05)，表明该类群存在一定的谱系地理结构。导致该遗传格局形成的可能因为是：乌头主要为异花授粉，虽能自交亲和，但仍需借助传粉者完成授粉；其种子具有横膜翅和休眠的特性；分布区广、细胞倍性和生境多样等。
本研究根据AFLP分子标记的结果及各种类地理分布的情况，将乌头多倍体复合群所有居群的分布大致划分为五个地区：东部(Eastern region)、东北部(Northeastern region)、中部(Central region)、西南部(Southwestern region)及西北部(Northwestern region)。各地区居群的扩张时间始于约27-66 ka B．P．，表明该物种的分布可能受到第四纪冰期间冰期时气候波动的影响。中部和东北部地区均含有三种祖先单倍型且具有很高的遗传多样性：大别山(JZ)、黄山(HS)和长白山余脉(QS)等地可能是该复合群冰期的避难所。分布于西南地区的乌头原变种遗传多样性水平最低，居群间发生了一定的遗传分化。本研究认为，乌头原变种为黄山乌头(母本)和深裂乌头(父本)杂交而来的八倍体，叶绿体基因来源有限。西南部地区居群间出现的“中部混合四周单一”单倍型组成格局的形成因为可能是：由中部地区居群保存下来的祖先单倍型演化出的单倍型(H1和H2)可能都向四周进行了扩张，如，经大别山-桐柏山向西北扩张、经罗霄山脉-南岭向西南地区扩张和经黄山-天目山向东部丘陵地区扩张，但两种单倍型向外扩张的最终主要路线并不一样，单倍型H1主要向西北和东部扩张，并在大巴山地区又向南扩张，而单倍型H2主要向西南扩张，两者扩张路线都经由了大巴山、武陵山、大罗山、苗岭和南岭等山脉，并在西南地区中部发生了交汇，最终形成这一格局。东部地区虽然也包含了三种祖先单倍型并具有很高的遗传多样性，但并不存在避难所，其祖先单倍型很可能是东北部地区避难所内保存下来的古老单倍型随居群向外扩张和迁移而形成的。西北地区居群也含有祖先单倍型H5和很高的遗传多样性，也可能是其避难所。但该地区同时也是华中华东华北植物区系交汇的地区，结合核基因的数据推测，这一地区分布的毛叶乌头可能是在东北地区居群向南扩张(父本)和中部居群向西北扩散(母本)的过程中由两者杂交而来的，而太行山和大别山则是各自扩张的通道。
5．川乌的遗传多样性和遗传结构及其起源
将12个栽培居群的106份样品与所有野生居群以及其基原居群进行比较，研究表明，栽培居群的总的遗传多样性水平和居群内的遗传多样性水平都是最低的(HT=0．483，HS=0．150)，遗传变异主要存在于居群间(76．13％)，遗传分化也低于基原组(GST=0．690 vs．0．730)。可能的因为是：第一，川乌生产过程中长期采用“高山育种平坝栽培”的育种和栽培方式可能影响了其遗传多样性的组成；第二，基原组居群来源于两个变种，它们单倍型多样，分布区不重叠，自身就存在一定遗传分化；第三，同一地区长时间且单一的人为选育作用降低了川乌的遗传多样性；第四，人为引种导致各地种质资源均质化；第五，引种过程发生了奠基者效应。川乌居群所包含的三种单倍型(H1、H2和H21)皆与基原组共享。川乌至少是在两个地方驯化的，并且至少存在两次起源。
6．药材川乌“道地性”形成的可能遗传分化模式
川乌主要来自乌头的两个变种，体现了道地药材的“同种异地”的特性。相较于其基原类群的大多数居群，川乌在居群水平上的单倍型频率和单倍型组成已经发生了改变。栽培居群中分布的特化的基因型(如，本研究中的单倍型)主要来自于其基原种因分布区快速扩张而形成的边缘居群中早已单一化的基因型。基原类群分布区的快速扩张可能是川乌药材道地性形成的主要遗传分化模式。