基于DNA条形码技术鉴定中国常见有毒植物的初步研究

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目的:了解我国植物中毒的特征,明确中毒控制的工作方向。评估DNA条形码技术用于临床辅助诊断的可行性,筛选出最适合的植物序列。初步构建有毒植物专有数据库,为植物中毒的快速溯源提供数据支撑。方法:1.检索中国医院知识总库(CHKD)和万方数据库,收集2012年至2021年我国公开发表的植物中毒病例事件的文献,利用Epidata和SPSS软件进行回顾性描述流行病学分析。2.于2020年6月至12月期间在山东、浙江、广西和江苏等地收集植物共83份。通过形态学鉴定初步确定种属。选取13种有毒植物,通过人工胃液(SGF)模拟消化不同的时间(2 h、4 h和6 h)。对于所有未处理和SGF处理后的样品,利用试剂盒法提取目标基因组,使用通用引物对rbcL、trnH-psbA、matK和ITS序列进行PCR扩增和双向测序。通过比较样品的扩增和测序成功率以评估各序列的临床适用性。3.对所得的rbcL、trnH-psbA和ITS序列进行拼接组合,使用基本局部比对搜索工具方法(BLAST)、条形码间隔(Barcoding gap)分析、成对遗传距离方法(PWG)和构建邻接树的方法(NJ树)对所有单条形码和组合条形码进行分析。通过比较SGF处理前后样品的BLAST对比结果,探讨DNA条形码用于胃内容物样品鉴定的可行性。通过比较各序列的序列特征、种内和种间遗传变异、Barcoding gap以及系统发育树等指标来评价候选序列的物种鉴定能力。并利用数据库工具,将新测得的序列构建成专有DNA条形码数据库。结果:1.文献分析结果:共纳入文献297篇,报道中毒患者4331例,死亡111例。我国植物中毒地区分布存在差异,中毒病例数最多的地区为云南省(1096例,25.31%)、广东省(413例,9.54%)和广西省(357例,8.24%)。毒物种类相对集中,中毒物种大多来源于毛茛科(1856例,42.85%)和豆科(1272例,29.37%)。中毒原因大致可以分为误食或意外接触、加工或食用不当、滥用和自杀,其中滥用比例较高,包括滥用药酒(17.16%)和滥用中草药(17.39%)。2.扩增和测序结果:matK序列的扩增成功率较低(45.78%),其余序列的扩增成功率均超过95%。rbcL序列的测序成功率最高(100%),ITS序列次之(74.07%),trnH-psbA序列较低(60.76%)。最终获得220条新序列。3.SGF实验结果提示:matK序列易受SGF影响,大部分样品在经历6 h的处理后出现扩增或测序失败。rbcL和trnH-psbA序列不易受SGF影响,所有样品的扩增和测序情况均与未处理时相同。ITS序列出现反常情况,部分样品在未经处理时扩增失败,但在SGF处理后扩增成功。4.DNA条形码分析结果:BLAST方法显示,三个序列在属水平上均有较高的鉴定成功率(trnH-psbA:98.33%,ITS:95.83%,rbcL:95.12%),在种水平上ITS和trnH-psbA序列的鉴定成功率较高(83.33%),其次为rbcL序列(51.22%)。所有经SGF处理后样品的BLSAT对比结果均与未处理时相同。所有单序列的物种间遗传变异均高于物种内部,ITS序列在Barcoding gap分析上较其余两个序列有明显优势。PWG距离法显示ITS和rbcL序列的物种鉴别能力较好(100%),trnHpsbA序列较差(78.28%)。系统发育树显示基于ITS序列的物种呈现的单系性比例最高(100%),其次为rbcL序列(87.10%)和trnH-psbA序列(65.22%)。当条形码组合时,物种鉴别成功率提高但不显著,其中ITS+rbcL组合的分辨率最高(PWG:100%,NJ树:100%)。本地数据库构建成功,测试样品在种水平上鉴定正确。结论:1.我国植物中毒有典型的地域性,毒物呈现聚集性,毛茛科和豆科有毒植物为主要中毒源。中毒原因复杂多样,其中滥用为主要的中毒原因。2.DNA条形码可以快速鉴别有毒植物并具有很大的临床应用潜力。建议单条形码rbcL序列作为临床植物中毒鉴定的首选条形码,必要时trnH-psbA可作为辅助序列鉴定近源物种。
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