草药分子鉴定：从条形码到基因组

1、草药分子鉴定：从条形码到基因组药用植物种类繁多、来源复杂, 同名异物、同物异名等现象普遍。中药材是中药饮片、中药提取物和中成药的原料, 中药材的准确鉴定是中医药事业运行和发展的基本环节。DNA条形码是传统形态鉴别方法的有效补充, 是近年来生物分类和物种鉴定的研究热点。如今 ,DNA条形码技术已广泛应用于中药鉴定、系统分类、发育进化、生物多样性保护等各个领域。本研究对美国药典膳食补充剂基原物种、畲药食凉茶、中药材王不留行及其混伪品进行DNA条形码鉴定研究 , 同时利用高通量测序技术测定了薯蓣和叉蕊薯蓣叶绿体基因组 , 获得主要结果及结论如下:(1) 本研究共获得美国药典膳食补充剂 28 科 49

2、 种 48 个药材 127 份样品的 ITS2 和 psbA-trnH 序列共 227条 , 占美国药典膳食补充剂所有收载药材的 98%。 ITS2 序列扩增和测序效率分别为 75.6%和 100%。多基原药材对其 psbA-trnH 序列进行扩增 ,35 份样品 DNA获得 psbA-trnH 序列共 31 条, 序列扩增效率为 88.6%。ITS2 和 psbA-rnH 的物种水平鉴定效率分别为 78.2%和 38.3%。基于 ITS2 序列构建的 NJ树结果显示每个膳食补充剂基原物种分别聚为一支,彼此间能很好的区分。利用ITS2 和 psbA-trnH 序列建立了美国药典膳食补充剂 DN

3、A条形码数据库 , 为保证其临床用药的准确性和安全性奠定了基础。(2) 应用 ITS2 序列对传统畲药食凉茶基原物种柳叶蜡梅和浙江蜡梅及其近缘种共 7 个物种 71 个研究对象进行鉴定研究 , 共获得 ITS2 序列 71 条。结果表明畲药食凉茶基原物种种内K2P距离较小 , 种间 K2P遗传距离为 0.004 0.078, 两个物种的平均 GC含量分别为 71.23%和 71.07%。食凉茶基原物种柳叶蜡梅和浙江蜡梅在NJ 树中聚为一支 , 能有效地与其他近缘物种区分开。 ITS2 序列作为 DNA条形码能鉴别畲药食凉茶基原物种及其近缘种 , 为保障畲药的临床安全用药提供了新的技术手段。(3

4、) 基于 ITS2 序列对中药材王不留行种子及其混伪品共6 个物种 85 个研究对象进行鉴定研究。王不留行ITS2 序列长度为 219-221bp,GC 含量 56.6%, 种内最大 K2P遗传距离为 0.009, 小于其与混伪品的种间K2P遗传距离 , 王不留行及其混伪品 ITS2 序列间存在的变异位点较多。NJ 树结果表明王不留行与其混伪品分别聚为一支, 可明显区分 ITS2 序列可以准确鉴别王不留行种子, 为其种质资源鉴定和中药材种子质量标准的建立提供了新方法。 (4) 利用高通量测序技术测定了薯蓣(Dioscorea opposita)、叉蕊薯蓣 (D.collettii)叶绿体基因组

5、 , 完成了其物理图谱绘制 , 基因组结构特征解析 ,基因功能分类等。薯蓣和叉蕊薯蓣叶绿体基因组总长度分别为152,963 bp 和 153,870 bp, 均包含两个反向重复区 (IRs) 、一个大单拷贝区 (LSC)和一个小单拷贝 (SSC)区四部分。薯蓣和叉蕊薯蓣均含有125 个基因 , 其中包含 87 个蛋白编码基因 ,30 个 tRNA和 8 个 rRNA。薯蓣和叉蕊薯蓣的GC含量分别为 37.04%和 37.17%,经比对发现薯蓣属叶绿体基因组中基因间隔区以及非编码区变异高于保守的蛋白编码区域,LSC 区、SSC区变异明显大于 IR 区 , 筛选出了 10 个适合作为潜在的薯蓣属植物鉴定的特异性DNA条形码序列 , 其中包括 5 个蛋白