DNA barcoding involves sequencing a standard region of DNA as a tool for species identification. However, there has been no agreement on which region(s) should be used for barcoding land plants. To provide a community recommendation on a standard plant barcode, we have compared the performance of 7 leading candidate plastid DNA regions (atpF-atpH spacer, matK gene, rbcL gene, rpoB gene, rpoC1 gene, psbK-psbI spacer, and trnH-psbA spacer). Based on assessments of recoverability, sequence quality, and levels of species discrimination, we recommend the 2-locus combination of rbcL+matK as the plant barcode. This core 2-locus barcode will provide a universal framework for the routine use of DNA sequence data to identify specimens and contribute toward the discovery of overlooked species of land plants.

A universal barcode system for land plants would be a valuable resource, with potential utility in fields as diverse as ecology, floristics, law enforcement and industry. However, the application of plant barcoding has been constrained by a lack of consensus regarding the most variable and technically practical DNA region(s). We compared eight candidate plant barcoding regions from the plastome and one from the mitochondrial genome for how well they discriminated the monophyly of 92 species in 32 diverse genera of land plants (N = 251 samples). The plastid markers comprise portions of five coding (rpoB, rpoC1, rbcL, matK and 23S rDNA) and three non-coding (trnH-psbA, atpF–atpH, and psbK–psbI) loci. Our survey included several taxonomically complex groups, and in all cases we examined multiple populations and species. The regions differed in their ability to discriminate species, and in ease of retrieval, in terms of amplification and sequencing success. Single locus resolution ranged from 7% (23S rDNA) to 59% (trnH-psbA) of species with well-supported monophyly. Sequence recovery rates were related primarily to amplification success (85–100% for plastid loci), with matK requiring the greatest effort to achieve reasonable recovery (88% using 10 primer pairs). Several loci (matK, psbK–psbI, trnH-psbA) were problematic for generating fully bidirectional sequences. Setting aside technical issues related to amplification and sequencing, combining the more variable plastid markers provided clear benefits for resolving species, although with diminishing returns, as all combinations assessed using four to seven regions had only marginally different success rates (69–71%; values that were approached by several two- and three-region combinations). This performance plateau may indicate fundamental upper limits on the precision of species discrimination that is possible with DNA barcoding systems that include moderate numbers of plastid markers. Resolution to the contentious debate on plant barcoding should therefore involve increased attention to practical issues related to the ease of sequence recovery, global alignability, and marker redundancy in multilocus plant DNA barcoding systems.

The ability to discriminate between species using barcoding loci has proved more difficult in plants than animals, raising the possibility that plant species boundaries are less well defined. Here, we review a selection of published barcoding data sets to compare species discrimination in plants vs. animals. Although the use of different genetic markers, analytical methods and depths of taxon sampling may complicate comparisons, our results using common metrics demonstrate that the number of species supported as monophyletic using barcoding markers is higher in animals (> 90%) than plants (~70%), even after controlling for the amount of parsimony-informative information per species. This suggests that more than a simple lack of variability limits species discrimination in plants. Both animal and plant species pairs have variable size gaps between intra- and interspecific genetic distances, but animal species tend to have larger gaps than plants, even in relatively densely sampled genera. An analysis of 12 plant genera suggests that hybridization contributes significantly to variation in genetic discontinuity in plants. Barcoding success may be improved in some plant groups by careful choice of markers and appropriate sampling; however, overall fine-scale species discrimination in plants relative to animals may be inherently more difficult because of greater levels of gene-tree paraphyly.