rdna its 序列分析在植物种属鉴定中的应用与研究

rDNA ITS序列分析在植物种属鉴定中的应用和研究 黄 凤 玲 遵 义 医 学 院 珠 海 校 区（广东珠海， 519041） 摘要：rDNA ITS 序列分析方法用于植物系统种属鉴定与进化研究有较高的可靠 性。由于高等植物 rRNA 基因上的 18SrDNA、ITS 及 5SrDNA 片段常具有变异 位点 1，通过 DNA 序列测定核基因组的 rDNA ITS 序列，根据测序结果进行 比较就可以鉴定植物的种属关系，对于植物的鉴定有非常重要的意义和作用。 关键词：rDNA ITS 序列；植物；种属鉴定 分子生物学研究发现，生物种类所依赖的资源“物种”的多样性是由于其基因多态 性的结果，而基因多态性又直接体现在 DNA 分子水平上的检测。21 世纪以来，现代分子 生物学技术在植物的研究取得突破性进展，一些分类地位不明确、亲缘关系不清楚的物种 通过该技术便得到验证，为不同植物的分类、鉴定等提供了更丰富、更可靠的手段。其中， 核糖体基因（rDNA）的内转录间隔区（ITS）在植物的种、属鉴定的研究得到广泛的应用。 1 rRNA基因（rDNA ）的基本结构及 ITS区 高等植物中有 4 种 rRNA,即 5.8SrRNA、18SrRNA 、28SrRNA 和 5SrRNA，前三者的 基因组成一个转录元，是高度重复的串联序列单位。近年来，随着分子生物学技术在生物 系统研究等领域的广泛应用，以 PCR 为基础的各种分子生物学技术在植物鉴定方面的应用 报道日益增多。rRNA 基因（rDNA ）是目前分子系统研究中普遍采用的分子标记基因之 一，它是一种中等重复并有转录活性的家族。核糖体 RNA 及其相邻的间隔区合称为 rDNA 2。 rDNA 中存在着广泛的保守区域，可以用作引物的结合位点，它们的不同区域可反映 物种不同的进化水平。真核细胞 rDNA 有几十甚至数千个拷贝，其中 2 个内部转录间隔区 ITS-1、 ITS-2 将 18S、 5.8S、28S 分隔开；不同的选择压力作用于 rDNA 区域，造成单个重复单位 序列不同的保守性。每一部分都可以用作特殊的生物系统分析。大、小亚基序列高度保守， 已被用来分析物种古化的进化分支以及跨越古生代和中生代的进化时间等问题。rDNA 基 因簇的最小基因 5.8S 由于序列太短，几乎不能提供强有力的系统信息。而 ITS 序列是 rDNA 中基因进化速度最快的区域，常用于属内中间比较或种内群体比较，因其两侧的编 码区具有高度保守性，便于设计通用引物。利用植物核糖体基因的内转录间隔区既具保守 性，又在科、属、种水平上均有特异性序列的特性，对 ITS 序列进行 PCR 扩增、测序以及 序列分析后用于鉴定植物的方法越来越广泛的应用。 2 rRNA基因（rDNA）ITS 序列分析在中药材鉴定中的应用 马小军等用银染色法测定了 4 个山参的 ITS1 和 2 个山参的 ITS2.得出人参属的 ITS1 有 220221 个碱基，ITS2 有 222224 个碱基，其中 ITS1 在人参种内非常稳定，4 个不同 地区的野山参样品在 ITS1 转录间隔区的序列与 GeneBank 中栽培参无任何碱基发生变异。 但 ITS2 有部分变异。说明 ITS2 的遗传信息有助于人参种质资源分析，能为栽培参起源提 供一定证据 3。蔡金娜等为探讨不同分布区的蛇床的 ITS 序列变异与其地理分布和化学成 分的相关性，设计两对引物进行 PCR 扩增，产物纯化后用银染法或 ABI310 测序，得到核 糖体 DNA 中的 ITS 序列及 5.8SrDNA 部分序列。18S 和 28SrDNA 部分序列,共约 700bp，5 个地点样品的 ITS-1 及 ITS-2 的序列大小分别为 210217bp 和 219224bp，ITS- 1 碱基序列的遗传距离 0.001.93，ITS-2 碱基序列的遗传距离 0.462.34 , ITS-1 较为 保守。结果表明 ITS2 序列的变异与中国产蛇床的纬度分布有关，而与蛇床化学型的关系尚 需作进一步研究 4。另外，近几年国内学者还对阳春砂 5、黄草石斛 6、水母雪莲 7及其 混淆品等 rDNA ITS 序列进行测序分析。结果表明 3 rRNA基因（rDNA）ITS 序列分析在植物鉴定中的应用 ITS 序列分析不仅可以鉴定药用植物种类，还可以为寻找新的植物来源提供分子证据。 杨佩文等应用真菌核糖体基因 ITS 区段通用引物对十字花科蔬菜根肿病菌 rDNA 进行 PCR 扩增，其实验结果对有效追踪根肿病菌在田间的发生动态监测和预测预报提供了重要信息 和手段 8。葛芸英等用 16S 和 23SrDNA 之间的 ITS 序列的通用引物对小麦细菌性苗枯菌 进行研究，并发现对多种植物病原棒形杆菌的 ITS 序列进行比较研究还具有一定的分类意 义 9。 4 rRNA基因（rDNA）ITS 序列分析在植物和中药材鉴定中的应用前 景 DNA 测序技术 (DNA Sequencing technology)使 DNA 分子鉴定技术取得了突破性进展， 是中药材和植物鉴定的重要方法，ITS(核糖体基因内转录间隔区)是目前用于 DNA 测序的重 要基因，因为高等植物 rRNA 基因上的 18SrDNA、ITS 及 5SrDNA 片段常具有变异位点， 可成为一种很好的分子标记，不仅可用于植物品种的鉴定以及与其混伪品的鉴别，还在植 物或药材的地道性、植物生态多样性及寻找新植物来源等研究领域具有广泛的应用前景。 同时还可以应用于各种植物病害的诊断。另外，一些重要植物的系统研究中含有大量可供 参考的信息，如五味子科的 ITS 序列 10、报春花属的 ITS 序列 11等都可在 GeneBank 中找 到。 参考文献 1陈随清，王利丽，等.rRNA 基因序列分析在中药品种鉴定中的应用及研究进展J.河南中 医学院学报，2003，18（105）. 2马荣群，黄粤，岳文辉，等.核糖体 rDNA ITS 区在植物病害诊断中的应用J. 内蒙古农业 科技，2006（6）：19-20. 3马小军，王小全，肖培根，等.野山参与栽培参 rDNA 内转录间隔区序列比较J. 中国中 药杂志，2000，25（4）：206. 4蔡金娜，周开亚，徐珞珊，等.中国不同地区蛇床的 rDNA ITS 序列分析J. 药学学报， 2000，35（1）：56. 5潘华新，黄丰，王培训，等.阳春砂与绿壳砂的 ITS1 序列鉴别 J.中药材， 2001，24（7）:481. 6徐红，李小波，丁小余，等.中药黄草石斛 rDNA ITS 序列分析J. 药学学报， 2001，36（10）：777. 7刘健全，陈之端，路安民，等.藏药雪莲原植物水母雪莲及其混淆种类的 ITS 序列比较和 分子鉴定J. 中草药， 2001， 32（5）：443. 8杨佩文，等.根肿病菌核糖体基因 ITS 区段的克隆测序及其在检测中的应用 J.云南农业 大学学报，2003，18（3）：228-233. 9葛芸英，郭坚华，等.小麦苗枯病菌的 ITS 分析及 PCR 检测J.植物