中草药DNA整合鉴定系统研究

来源 :湖北中医药大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:fy_laile
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中草药的真伪鉴定是保证其疗效和安全性的基础。随着现代科学技术的不断发展,传统的中药鉴定方法不断吸收新技术和新方法,推动中药鉴定由传统鉴定向现代鉴定发展,为了满足种类繁多的中草药的鉴别需求,结合传统鉴定技术来建立综合的中草药DNA鉴定系统是非常有必要的。本文以含马兜铃酸类药材和薯蓣属近缘物种为研究对象,分别采用Taq Man探针、LAMP技术和DNA条形码技术对马兜铃科植物及其混用品进行快速检测和物种鉴定,超级条形码叶绿体基因组对穿龙薯蓣及同属近缘物种进行鉴定,超高效液相-高分辨质谱联用技术(UHPLC-HR-MS)对马兜铃科植物和其易混淆物种进行化学成分检测,并在此基础上提出了中草药DNA整合鉴定系统的设想和构成,为综合鉴定种类繁多的中草药以及解决一些鉴定难题奠定了基础。本文采用Taq Man探针来快速、准确的鉴定马兜铃科植物。马兜铃酸(AAs)是一类存在于马兜铃科植物中的有机化合物,该科多种植物作为中药材在广泛使用。然而,由于相近的中文名称、相似的用药习惯以及植物形态,马兜铃科植物容易和其它药材混淆和混用,由此导致的马兜铃酸肾病事件曾引起极大关注。然而,主要依赖于性状特征和显微特征的传统鉴定方法,很难准确鉴定丧失了一些性状信息的干燥植物材料或者某个药材部位。为了保护消费者的权益,迫切需要建立一套鉴别含马兜铃酸植物的有效方法。本研究全面系统的收集了马兜铃科植物及被其混用的物种289份,隶属于13科24属79个物种,其中马兜铃科的四个属(马兜铃属、细辛属、马蹄香属、线果兜铃属)46个物种共有158份样品,其易混淆物种隶属于12科20属33个物种共131份样品。从收集的289份样品中得到了282条ITS2序列。在此基础上,根据马兜铃科植物的ITS2序列信息,我们设计了11对引物和探针组合,能够灵敏准确的检测到马兜铃科植物的正常荧光信号,因此,基于Real-Time PCR的Taq Man探针技术可快速准确的检测出马兜铃科植物。采用LAMP方法对木通和关木通进行快速可视化鉴别。2015版《中国药典》规定木通来源于木通Akebia quinata(Houtt.)Decne.、三叶木通Ak.trifoliata(Thunb.)Koidz.和白木通Ak.trifoliata(Thunb.)Koidz.var.australis(Diels)T.Shimizu的干燥藤茎。关木通药材则为木通马兜铃Aristolochia manshuriensis Komarov的干燥藤茎。本文基于木通马兜铃Ar.manshuriensis的ITS2序列设计并经过预实验筛选得到了一组LAMP引物,包括四条普通引物(G-F3,G-B3,G-FIP,G-BIP)和一条环引物(G-LB)。在65℃下进行等温扩增,60 min内成功完成LAMP扩增反应,并且同时可进行可视化检测。关木通的三份样品LAMP反应呈阳性,LAMP反应开始于25-30 min并且在45-60 min接近饱和。相对的,木通的三个基原物种共9份样品在60 min的反应时间内都呈现阴性。当LAMP反应结束时,关木通的样品即阳性样品的产物颜色从开始的橙色变成绿色,但是阴性样品即木通的颜色一致保持橙色没变。通过与传统PCR比较,我们发现LAMP反应的灵敏度比传统PCR高10倍,这证明了对于检测关木通,LAMP技术是可行的并且是有优势的。LAMP技术是一个潜在的、有价值的、简单有效的快速鉴别木通和混伪品关木通的方法。采用DNA条形码技术对马兜铃科植物及其混用品进行物种鉴别。本研究全面系统的收集了马兜铃科植物及被其混用的物种289份,隶属于13科24属79个物种,其中马兜铃科的四个属(马兜铃属、细辛属、马蹄香属、线果兜铃属)46个物种共有158份样品,其易混淆物种隶属于12科20属33个物种共131份样品,此外,还从Gen Bank中下载了细辛属13个物种的15条ITS2序列和非马兜铃科混用物种的6条ITS2序列和4条psb A-trn H序列。从收集的289份样品中得到了282条ITS2序列和185条psb A-trn H序列,所得序列已经提交至Gen Bank数据库。DNA条形码技术研究结果表明,使用BLAST1、最近距离法在属级水平鉴定马兜铃科和非马兜铃科混用物种的鉴定效率为100%。在NJ(neighbor-joining)树中,马兜铃科植物聚为一支,非马兜铃科混用物种聚为另一支。因此,以ITS2为主,psb A-trn H为辅的DNA条形码技术能快速准确的鉴别马兜铃科及其非马兜铃科混用物种。本文采用超级条形码叶绿体基因组来解决DNA条形码无法鉴别的部分近缘物种,以薯蓣属植物穿龙薯蓣和其同属近缘植物的鉴别为实例。穿龙薯蓣Dioscorea nipponica Makino是薯蓣科薯蓣属一个重要的药用植物,薯蓣科植物对于单子叶植物的进化非常重要。在前期的研究中发现对于薯蓣属植物的鉴定,并没有筛选到合适的条形码。在本文中,我们测定了穿龙薯蓣D.nipponica的叶绿体基因组。采用Illumina Miseq 300基因组分析仪测序,Soapdenovo suite进行拼接,同属物种龟甲龙D.elephantipes(NC009601.1)的叶绿体基因组作为参考基因组。拼接好的序列已经提交到Gen Bank上,登录号为KP404629。穿龙薯蓣的叶绿体基因组总长度为152,946 bp,富含AT碱基(含量为63.3%),包含一对23,113 bp反向重复区、大单拷贝区(LSC)长度为83,557 bp和小单拷贝区(SSC)长度为23,064bp。共编码120个基因,包含89个蛋白编码基因、27个t RNA基因和4个r RNA基因。预测的基因编码区覆盖了基因组序列的58.7%,其中12个基因包含有内含子。系统进化树分析显示叶绿体基因组可以作为鉴定穿龙薯蓣和其同属近缘物种的一个超级条形码,而且,此叶绿体基因组将为继续研究穿龙薯蓣提供分子基础。本文采用UHPLC-HR-MS技术定性检测马兜铃科植物及其混用品当中的AAⅠ和AAⅡ。本研究广泛系统的收集了马兜铃科和非马兜铃科的易混淆物种,以AAⅠ和AAⅡ为对照品,通过UHPLC-HR-MS检测马兜铃科45个物种和非马兜铃科30个物种,AAⅠ和AAⅡ分别在m/z 340.0469和310.0366被检测,实验结果显示马兜铃科39个物种含有AAⅠ,这其中有14个物种同时也含有AAⅡ,非马兜铃科的植物不含有AAⅠ和Ⅱ,检测结果进一步证实大部分马兜铃科植物含有马兜铃酸,为鉴别含马兜铃酸植物提供了一个有效的验证方法。现代科学技术已经在药用植物鉴定方面显示了很大的优势,那么面对繁多的新方法、新技术,如何根据不同的鉴别需求来选择合适的鉴定方法是大家都关注的重点,本文通过分析具体案例并结合传统鉴定技术,建立了中草药DNA整合鉴定系统,提出了DNA整合鉴定系统的构成和方法流程,为选择合适的鉴定方法提供了依据,为控制中药材的来源和质量奠定了基础,为保护消费者的权益提供了保证。中草药DNA整合鉴定系统的构成为:以Taq Man探针和LAMP方法为主体的现场快速检测体系、DNA条形码鉴别体系、超级条形码叶绿体基因组鉴别近缘物种体系。从应用性角度将中草药DNA整合鉴定系统的鉴定流程分为以下四个部分:第一,为了满足快速、灵敏和简便的鉴别目的,可采用快速检测体系对中药材进行现场快速鉴定。第二,为了构建DNA条形码数据库或者进行物种鉴定和溯源,可采用DNA条形码技术得到物种的条形码序列并进行物种鉴定及溯源。第三,对于DNA条形码鉴别无法解决的近缘物种,可采用超级条形码叶绿体基因组鉴别。第四,对于可正常获取DNA的常规样品,LC或LC-MS检测方法可用来验证DNA鉴别方法;而对于DNA降解严重和获取DNA困难的鉴别对象,LC或LC-MS检测方法可用作为DNA鉴别方法的有效补充。
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