全 文 : [收稿日期] 2014-05-05;2014-09-14修回
[作者简介] 彭莉萍(1989-),女,在读硕士,专业方向:生物化学与分子生物学。E-mail:389850108@qq.com
*通讯作者:姬可平(1956-),男,教授,从事分子生物学技术在中草药研究中应用研究。E-mail:jlhjxj@sina.com
[文章编号]1001-3601(2014)10-0637-0217-04
广东孑遗植物水松rDNA ITS序列分析
彭莉萍,牛宪立,姬可平*,魏妮娜,王 燕
(遵义医学院珠海校区,广东 珠海519041)
[摘 要]为鉴定广东水松的遗传多样性,应用改良CTAB法分别提取广东不同地区的孑遗植物水松基
因组DNA,以真核生物rDNA ITS序列的通用引物分别对其ITS区进行PCR扩增及测序后进行比对、分
析,将得到的序列申请登录入GenBank核苷酸数据库。结果表明:广东地区不同来源水松的rDNA ITS序
列长度均为988bp,相互之间仅有2~3个碱基差异,说明该序列可作为从分子水平鉴别水松种质资源的参
考标记。珠海、中山和广州地区孑遗植物水松GenBank核苷酸数据库登录号分别是KF977874、KF977876
和KF977875。
[关键词]孑遗植物;水松;PCR;ITS;广东
[中图分类号]Q89 [文献标识码]A
Analysis of rDNA ITS Sequence of Relic Plant
Glyptostrobus pensilis in Guandong
PENG Liping,NIU Xianli,JI Keping*,WEI Nina,WANG Yan
(Zhuhai Campus,Zunyi Medical College,Zhuhai,Guandong519041,China)
Abstract:The genomic DNA of relic plant G.pensilis from different regions in Guangdong was
extracted by the modified CTAB method,then the ITS of genomic DNA was amplified and sequenced by
the universal primer of eucaryon rDNA ITS sequence respectively,and finaly the obtained sequence by
comparison and analysis was applied for entering GenBank.The results showed that the rDNA ITS
sequence length of G.pensilis samples from different regions in Guandong is 988bp and there is difference
with 2-3bases in sequence length between different G.pensilis samples,which means that the sequence
can be used as the reference marker to identify Glyptostrobus pensilis germplasm resources based on
molecular level.The accession number of G.pensilis from Zhuhai,Zhongshan and Guanzhou is
KF977874,KF977876and KF977875in GenBank respectively.
Key words:relic plant;Glyptostrobus pensilis;PCR;ITS;sequencing
水松(Glyptostrobus pensilis),属杉科(Taxodi-
aceae)水松属,是我国特有珍稀孑遗树种,是国家一
级保护植物。水松生长于沼泽地,材质轻软,纹理
细,耐水湿,是造桥和造船的良材;树根轻、浮力大,
可用来做木塞和救生工具;水松枝叶和果实均可入
药,功能主治化气止痛;水松根系发达,可栽于河边、
堤旁,固堤护岸和防风[1-2]。水松作为世界著名的活
化石植物,曾广泛分布于北半球,由于地理因素和人
为活动的影响,水松数量日益减少,已处于濒危状
态[3-5]。水松现仅残存于我国南方的广西、广东、江
西、福建等省,大部分地区仅剩几株孤立木,但广东
地区珠海天然水松林、中山民众镇及广州华农树木
园天然水松林相对较多。
2003年加拿大分类学家Paul Hebea首次提出
了DNA条形码的概念,在世界范围内该概念受到
广泛关注,很多学者认为,其很大程度补充了日渐萎
缩的传统形态分类学,能够为分类学修订、新种和隐
存种的发现、资源利用及生物多样性研究等提供新
的思路和研究工具,同时将分类学的结果应用于生
物学调查、濒临物种监测和保护、法医鉴定、药物和
食品市场监督、中草药资源鉴定等诸多领域[6-10]。
2009年在墨西哥城召开的第三届国际DNA条形码
会议上,与会代表对植物DNA条形码概念达成共
识,建议将核基因片段ITS序列作为植物DNA条
形码的补充码。目前,野生生物种质资源库已完成
了库内保存的900多份种子DNA条形码测定,并
利用DNA条形码技术更正了一些错误鉴定[11]。而
对于水松鉴别,学者们研究形态学、种质资源学、药
用价值等方面[4-6],从分子水平的研究尚未见报道。
笔者利用分子生物学DNA条形码技术对广东不同
地区的水松进行分子水平的鉴别,为水松的遗传多
样性研究提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 植物材料 水松叶于2013年11月分别采
自广州华农树木园、中山民众镇和珠海水松林,并已
经通过技术人员认可。采回的植物用75%乙醇擦
贵州农业科学 2014,42(10):217~220
Guizhou Agricultural Sciences
拭,目的在于消除外源DNA的污染(凭证标本存放
于遵义医学院珠海校区生物化学与细胞分子生物学
教研室)。
1.1.2 仪器 高速冷冻离心机(长沙湘宜仪器
厂),核酸定量仪(环亚生物科技有限公司),PCR扩
增仪(Bio-Rad)、电泳仪(北京六一仪器厂),凝胶成
像仪(Tocanl90)。
1.1.3 试剂 dNTP、10×Ex-taq Buffer、Marker
DL15 000、Ex-taq酶购自于宝生生物工程有限公
司,凝胶回收试剂盒(QINGEN)、RNase A、ITS通
用引物购自上海生工生物工程技术服务有限公司,
T载体(日本宝生物公司)、三羟甲基氨基甲烷、
CTAB、β-巯基乙醇、PVP-40、NaCl、硼酸、氯仿、乙
醇、异丙醇、异戊醇等均为国产分析纯试剂,液氮由
遵义医学院珠海校区中心实验室提供。
1.2 水松基因组DNA的提取
采用改良CTAB法提取珠海、中山和广州的水
松基因组 DNA[12],将沉淀溶于合适体积(60~
80μL)TE缓冲液,4℃待用或-20℃长期保存,作
为水松ITS序列PCR的扩增模板。
1.3 DNA片段大小及纯度的检测
配置1.0%的琼脂糖凝胶进行电泳,检测广东
不同地区水松基因组DNA片段的大小及完整性,
观察并拍照;取2μL DNA样品于核酸定量仪进行
分析并判断DNA的浓度和纯度。
1.4 引物设计及PCR扩增
通过查阅参考文献[13]及 NCBI网站检索,选
用真核生物扩增ITS序列的通用引物、PCR反应系
统及扩增程序,对目标样品DNA中的ITS序列进
行PCR扩增,引物序列为ITS-5F,5′-GGAAGTA-
AAAGTCGTAACAAGG-3′;ITS-4R,5′-TCCTC-
CGCTTATTGATATGC-3′;PCR反应程序为94℃
预变性5min,94℃变性30s,54℃退火45s,72℃延
伸1.5min,循环35次,最后在72℃延伸10min。
PCR扩增产物通过1.0%的琼脂糖凝胶电泳进行初
步检测,在Bio-RAD凝胶成像系统观察并拍照,将
检测成功的产物进行凝胶回收纯化。
1.5 克隆rDNA ITS序列及序列测定
将纯化的 PCR 产物与 pMD19-T vector于
42℃连接1h,转化入感受态菌DH5α,活化培养进
行涂板,在含有 Amp+的LB固体培养基上挑取单
克隆菌落,并进行LB液体培养基培养,将菌液送往
华大基因(广州)测序。
1.6 碱基序列的比对及获取登录号
对获得测序峰利用分子生物学应用软件DNA-
MAN进行校对拼接,除去引物区,获得目的片段完
整序列,相互进行比对分析,并将该序列提交到
GenBank,申请并获取登录号。
2 结果与分析
2.1 基因组DNA浓度及电泳检测
由表1可见,提取广东不同地区水松的基因组
DNA样品经核酸定量仪检测,OD260/OD280比值
为1.6~2.0,DNA纯度符合PCR扩增标准;不同
地区的水松基因组DNA的电泳条带清晰、完整,大
小均为15 000bp左右(图1)。
表1 不同地区水松基因组的DNA浓度
Table 1 Concentration of G.pensilis genomic DNA from different regions
样品
Sample
OD260 OD280 OD260/
OD280
浓度/(μg/mL)
Concentration
1(珠海)Zhuhai 3.003 1.753 1.713 150
2(中山)Zhongshan 4.623 2.619 1.765 231
3(广州)Guanzhou 6.475 3.427 1.889 323
注:M为DL15000Marker,1为珠海,2为中山,3为广州。
Note:M,DL15000marker;1,2and 3represents Zhuhai,Zhong-
shan and Guanzhou respectively.
图1 不同地区水松基因组DNA的电泳图谱
Fig.1 Electrophoretogram of G.pensilis
genomic DNA from different regions
注:M为DL15000Marker,1为珠海,2为中山,3为广州。
Note:M,DL15000marker;1,2and 3represents Zhuhai,Zhong-
shan and Guanzhou respectively.
图2 不同地区水松基因组DNA ITS序列PCR扩增图谱
Fig.2 PCR amplification of ITS sequence of G.pensilis ge-
nomic DNA from different regions
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贵 州 农 业 科 学
Guizhou Agricultural Sciences
图3 ITS序列PCR扩增产物测序部分峰
Fig.3 Sequencing results of ITS sequence amplified by PCR
2.2 水松基因组DNA的PCR扩增
从图2看出,珠海、中山和广州的水松基因组
DNA已成功扩增出ITS序列,ITS序列长度均接近
于1 000bp,电泳条带清晰明亮,无拖尾现象,说明
扩增效果良好,符合测序要求。
2.3 水松的rDNA ITS序列拼接
经过测序得广东不同地区水松的rDNA ITS序
列的测序峰(图3),均无重叠峰和套峰,可进行后续分
析。利用分析软件DNAMAN进行校对拼接,获得完
整序列,其不同地区水松序列长度均为988bp。
2.4 水松的rDNA ITS序列差异
经DNAMAN比对发现,广东不同地区水松的
rDNA ITS序列均存在有较小差异,珠海水松与中
山水松的ITS序列存在有2个碱基差异,分别在
205和965个碱基处;珠海与广州水松ITS序列间
存在3个碱基差异,分别在205个、982个和988个
碱基处;广州与中山水松ITS序列间存在有3个碱
基差异,分别在965个、982个和988个碱基处(图
4)。
2.5 GenBank核苷酸数据库的登录号
将获得的广东珠海、中山和广州水松的rDNA
ITS序列申请登录于GenBank核苷酸数据库,获得
登录号(表2)。
图4 广州不同地区水松的rDNA ITS序列比对
Fig.4 Sequence alignment of rDNA ITS of G.pensilis from different regions
表2 广州不同地区水松的信息
Table 2 Information of G.pensilis from different regions
编号
No.
来源
Source
科
Family
属
Genus
凭证编号
Voucher number
登录号
Accession number
1 珠海 杉科 水松属 QA131121 KF977874
2 中山 杉科 水松属 QA131126 KF977876
3 广州 杉科 水松属 QA131124 KF977875
3 结论与讨论
ITS测序分析可知,若rDNA重复序列间的纯
合度较低,各重复单位间序列差异大,PCR直接测
序将导致无法读出其序列,运用T克隆载体测序的
方法比直接测序的方法具有更高的效率和准确性。
PCR产物直接测序时,前30~50bp和终止前的序
列均无法正确读取,为确保测序的稳定性和准确性,
避免测序反应开始和结束的一些序列不准确,采用
T克隆载体测序的方法,将扩增后的产物经胶回收
纯化后与T载体连接,放于先行培养并制作好感受
态的菌液中扩增复制,再将菌液送到公司进行测序。
近些年来,越来越多的学者对植物DNA条形
码进行研究,焦点主要是对靶植物中的特定片段进
行评价和分析试验,其中研究较多的特定序列即为
rDNA ITS序列[14]。本研究对广东地区珠海、中山
和广州的水松进行基因组DNA提取,ITS序列进
行PCR扩增,并进行测序。不同地区水松ITS序列
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彭莉萍 等 广东孑遗植物水松rDNA ITS序列分析
PENG Liping et al Analysis of rDNA ITS Sequence of Relic Plant Glyptostrobus pensilis in Guandong
测序结果进行比对表明,相互之间仅有2~3个碱基
的差异,可能因为气候、地理环境的变化导致碱基发
生突变,但并不影响rDNA ITS序列从分子水平对
物种种质资源进行鉴定[15-16]。本研究获得了广东珠
海、中山和广州水松的rDNA ITS序列,从分子水平
上可为其种质资源的研究提供参考依据。
[参 考 文 献]
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(责任编辑:刘忠丽)
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