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珠子参ISSR-PCR反应体系的建立及优化



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·中药及天然药物·
珠子参ISSR-PCR反应体系的建立及优化
宋小妹,许苗苗,刘银环,王 薇,刘 超,杨新杰,崔九成*(陕西中医学院,咸阳 712046)
摘要:目的 建立珠子参的ISSR-PCR适宜扩增反应体系和程序,为其深入研究奠定基础。方法 采用新型植物基因组DNA提
取试剂盒提取珠子参总DNA,并用正交设计实验对其ISSR反应体系条件进行筛选及优化。结果 提取的基因组DNA纯度和
完整性较好,A260/A280值在1.8~2.0之间,DNA无降解现象,可满足ISSR-PCR扩增要求。珠子参ISSR分析的最适反应体系
为:在20μL PCR反应体积中,含10ng模板DNA、0.20mmol·L
-1dNTPs、1.5μmol·L
-1引物、3UTaqDNA聚合酶、2μL
10×PCR Buffer、3mmol·L-1 Mg2+。扩增程序为:95℃预变性5min,94℃变性30s,58℃退火30min,72℃延伸1min,循环
40次,72℃延伸10min。由此可获得带型丰富和清晰可辨的DNA指纹图谱。结论 建立的ISSR-PCR反应体系可用于研究珠
子参的遗传变异和遗传多样性。
关键词:珠子参;基因组DNA;ISSR反应体系;遗传多样性
doi:10.3969/j.issn.1004-2407.2014.06.001
中图分类号:R282   文献标志码:A   文章编号:1004-2407(2014)06-0551-04
Establishment and optimization of ISSR-PCR reaction system for Panax japonicus
C.A.Mey.var.major
SONG Xiaomei,XU Miaomiao,LIU Yinhuan,WANG Wei,LIU Chao,YANG Xinjie,CUI Jiucheng*(Shaanxi University of Chi-
nese Medicine,Xianyang,712046,China)
Abstract:Objective The present study was undertaken to establish an ISSR-PCR amplification reaction system for Panax japoni-
cus C.A.Mey.var.majorfor providing basis to further research.Methods The samples of Panax japonicus C.A.Mey.var.
major were used to isolate high-quality genomic DNA by using the plant genomic DNA Preps Kit.The different conditions for IS-
SR reaction system were optimized.Results The extracted genomic DNA was of high quality as revealed by 1.8to 2.0absorbance
ratio of wavelengths(260/280),did not show any degradation,and was found suitable for ISSR-PCR reaction.The conditions of
the optimal ISSR-PCR amplification system were in a total 20μL reaction volume included 10ng of template DNA,0.20mmol·L
-1 of
dNTPs,1.5μmol·L
-1 primer,3Uof Taq DNA polymerase,2μL 10×PCR buffer and 3mmol·L
-1 Mg2+.The PCR program
was set to 5min at 95℃for pre-denaturing,folowed by 40cycles of 30sat 94℃ (denaturation),30sat 58℃ (annealing)and
1min at 72℃ (extension),and the final extension was set at 72℃for 10min.The optimized reaction system yielded distinct
DNA fingerprinting results.Conclusion The established ISSR-PCR amplification reaction system may be useful to assess the
genetic variability and diversity in Panax japonicus C.A.Mey.var.major.
Key words:Panax japonicus C.A.Mey.var.major;genomic DNA;ISSR reaction system;genetic diversity
基金项目:国家自然科学基金项目(编号:81102805/H2804);
陕西 省 科 技 统 筹 创 新 工 程 项 目 (编 号:
2011KTCQ03-02);陕西省科学技术研究发展计
划项目(编号:2011K16-02-02);陕西省教育厅项
目(2010JK502);陕西省中医管理局专项科研计
划项目(编号:ZY08)
作者简介:宋小妹,女,教授
*通信作者:崔九成,男,教授
  珠子参为五加科人参属植物珠子参Panax ja-
ponicus C.A.Mey.var.major(Burk.)C.Y.Wu
et K.M.Feng或羽叶三七Panax japonicus C.A.
Mey.var.bipinnatifidus(Seem.)C.Y.Wu et K.
M.Feng的干燥根茎,常用于治疗气阴两虚、烦热口
渴、虚劳咳嗽、跌扑损伤、关节疼痛、咳血、外伤出血等
症[1]。珠子参也是民间习用特色中药材太白七药之
一,分布于我国陕西、四川、云南、甘肃、贵州等地。目
前对珠子参的研究主要集中在生药、化学、药效[2-7]等
方面,而在植物分子生物学研究方面的报道甚少;而
珠子参由于受其生长环境等因素及人为过度采挖而
被列为濒危药用植物。因此,开展珠子参的分子生物
学和遗传学多样性方面的研究,对珠子参种质资源保
护及资源的开发利用都将产生重要影响。
简单重复序列间区多态性标记(ISSR)是Zietk-
iewicz等[8]于1994年提出的一种基于微卫星(SSR)
的十分有效的分子标记,具有多态性高、产率中等、重
复性好、操作简单、引物开发无需任何DNA序列信
息等优点,在不同的物种间具有通用性,比较适合于
基因组未测序已知DNA序列信息量小的物种使用。
目前,ISSR标记已广泛应用于植物种质资源鉴定评
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价、遗传图谱构建、重要性状标记、进化及分子生态学
等研究中[9]。本实验旨在探索珠子参基因组 DNA
最优提取方法,建立和优化ISSR-PCR反应体系,为
珠子参的分子鉴别提供理论基础和技术支持。
1 仪器与试药
1.1 仪器 CT 9612型基因扩增仪(杭州柏恒科技
有限公司);DYY-10C型电泳仪(北京六一仪器厂);
UV-1800紫外检测器(日本岛津公司);S.M-76S型
凝胶成像系统(意大利BIO-RAD Lab公司);3-18K
型台式冷冻离心机(德国Sigma公司)。
1.2 试药
1.2.1 植物材料 23份样品(1,2及12~14号为新
鲜根茎,其余均为新鲜叶片)分别采自陕西、四川、云
南3个主产区的10个不同地区,保存于-80℃超低
温冰箱中备用。所有样本均经陕西中医学院标本馆
王继涛高级实验师鉴定,其中,除10号样本为羽叶三
七Panax japonicus C.A.Mey.var.bipinnatifi-
dus(Seem.)C.Y.Wu et K.M.Feng外,其余样本
均为珠子参Panax japonicus C.A.Mey.var.ma-
jor(Burk.)C.Y.Wu et K.M.Feng。
1.2.2 试剂及引物 10×PCR Buffer、MgCl2、Taq
DNA聚合酶、dNTP Mixture、DL2000DNA Mark-
er、新型植物基因组DNA提取试剂盒(nuclean pla-
ntgen DNA kit)均购自北京康为世纪生物科技有限
公司;无水乙醇、氢氧化钠均为国产分析纯。所用
ISSR引物参照加拿大的不列颠哥伦比亚大学所公布
的序列,由上海生物工程有限公司合成。
2 实验方法
2.1 基因组DNA的提取及检测 采用新型植物基
因组DNA提取试剂盒(nuclean plantgen DNA kit),
具体操作步骤如下:
取植物新鲜组织100mg,加入液氮充分研磨。
将研磨后的粉末收集到离心管中,加入400μL Bufer
GLP1和6μL RNase A(10mg·mL
-1),涡旋振荡
1min,室温放置10min,使其充分裂解。加入130μL
Bufer LP2,混匀,涡旋振荡1min。以12 000r·min-1
离心5min,将上清液移至新的离心管中。加入
1.5倍体积的Buffer LP3充分混匀。将上步所得溶
液和沉淀全部加入到已装入收集管的吸附柱中。以
12 000r·min-1离心1min,弃去收集管中的废液,
将吸附柱重新放回收集管中。向吸附柱中加入
500μL Buffer GW(使用前加无水乙醇),以12 000
r·min-1离心1min,弃去收集管中的废液,将吸附
柱重新放回收集管中。以12 000r·min-1离心
2min,弃去收集管中的废液。将吸附柱置于室温数分
钟,彻底晾干。将吸附柱重新放到一个新的离心管中,
向吸附膜的中间部位悬空滴加50~100μL Bufer GE
或灭菌水,室温放置3min,以12 000r·min-1离心
1min,收集DNA溶液。-20℃保存备用。
采用18g·L-1琼脂糖凝胶电泳以DL2000为标
准检测DNA完整性,在紫外分光光度计上,根据A260/
A280确定DNA的质量和浓度。将检验合格的所有供
试DNA样品储存在-20℃冰箱中,保存备用。
2.2 ISSR-PCR 扩增条件优化 在前期查阅资
料[10-14]及预实验的基础上,认为影响ISSR-PCR反应
的主要因素为:dNTPs、引物、Taq DNA 聚合酶、
Mg2+、模板DNA浓度等,因此,采用L16(45)正交设
计对影响ISSR-PCR反应的主要因素进行优化。影
响因素水平见表1,实验设计方案见表2。
PCR总反应液体积除表1中所列外,还包括
2μL 10×PCR Buffer,用去离子水补足到20μL。扩
增引物采用通用引物UBC818,样品采用陕西太白县
太白山山神庙珠子参叶DNA。
表1 ISSR-PCR反应体系正交实验因素水平表
Tab.1Orthogonal factors and levels of ISSR-PCR reaction system
水平
影响因素
引物浓度
/μmol·L
-1
dNTPs
/mmol·L-1
Taq酶
/20U·μL
-1
Mg2+浓度
/mmol·L-1
DNA模板
/ng
1  0.5  0.15  1  1.5  10
2  1.0  0.20  2.0  2.0  20
3  1.5  0.25  3  2.5  30
4  2  0.30  4  3.0  40
表2 ISSR反应体系L16(45)正交实验设计
Tab.2Orthogonal test design of ISSR-PCR reaction system
编号
引物浓度
/μmol·L
-1
dNTPs
/mmol·L-1
Taq酶
/20U·μL
-1
Mg2+浓度
/mmol·L-1
DNA模板
/ng
1  0.5  0.15  1  1.5  10
2  1.0  0.20  1  2.0  20
3  1.5  0.25  1  2.5  30
4  2.0  0.30  1  3.0  40
5  2.0  0.20  2  1.5  30
6  1.5  0.15  2  2.0  40
7  1.0  0.30  2  2.5  10
8  0.5  0.25  2  3.0  20
9  2.0  0.25  3  1.5  40
10  0.5  0.30  3  2.0  30
11  2.0  0.15  3  2.5  20
12  1.5  0.20  3  3.0  10
13  1.5  0.30  4  1.5  30
14  2.0  0.25  4  2.0  10
15  0.5  0.20  4  2.5  40
16  1.0  0.15  4  3.0  20
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  初步设定的ISSR-PCR扩增程序为:95℃预变
性5min;94℃变性30s;58℃退火30min;72℃延
伸1min;循环40次;72℃延伸10min,4℃保存。
取10μL扩增产物采用18g·L
-1的琼脂糖凝胶电
泳检测,EB染色,置于紫外凝胶成像分析仪中观察
拍照。
2.3 ISSR-PCR扩增 按照优选出的反应体系采用
UBC 818对23个DNA样品全部进行ISSR-PCR扩增。
3 结果与分析
3.1 基因组DNA检测结果 在紫外分光光度计上
测定DNA的A260与A280比值在1.8~2.0之间,电泳
条带集中整齐、清晰明亮、无拖尾、无弥散,表明满足
ISSR反应对DNA质量的要求。电泳结果见图1。
图1 珠子参基因组DNA
注:1~23代表23个珠子参样品
Fig.1Patterns of DNA extracted fromPanax japonicus var.major
Note:1-23stand 23samples
3.2 正交实验结果和分析及引物筛选 琼脂糖凝胶
电泳结果见图2,依据所显示的条带清晰度及条带数
量等指标进行直观分析,14号条带扩增效果较好,即
对应的表2中14号正交实验结果较好。因此最终优
化出最佳反应体系为:20μL的PCR反应体系中含2μL
10×PCR Bufer、10ng模板 DNA、0.25mmol· L-1
dNTPs、2μmol·L
-1引物、4U TaqDNA 聚合酶、
2mmol·L-1 Mg2+。扩增程序为:95 ℃ 预变性
5min,94℃变性30s,58℃退火30min,72℃延伸
1min,循环40次,72℃延伸10min,4℃保存。
图2 正交实验ISSR-PCR反应体系扩增电泳图
注:1~16:对应表1;M:DL 2 000Marker
Fig.2Amplification result of ISSR-PCR reaction system to
samples with orthogonal test
Note:1-16:corresponding tab.1;M:DL 2 000Marker
3.3 ISSR-PCR扩增结果 采用 UBC 818对所有
样本进行扩增的结果见图3。结果显示,此反应体系
可以给出清晰的指纹图谱,而且,ISSR-PCR反应体
系稳定可靠,可用于珠子参的分子的鉴别和遗传关系
分析。
图3 样品的ISSR引物UBC818扩增谱带
Fig.3Amplification profiles of samples by primer UBC818
4 讨论
珠子参所含皂苷类、多糖类等成分含量较高,在
DNA提取过程中易与DNA共沉淀,形成黏稠的胶
状物,难以溶解或产生褐变[15]。本实验珠子参DNA
基因组的提取采用了新型的提取试剂盒,不仅提取步
骤简便、效果好,而且获得的DNA样本纯度高、杂质
少,特别适合于从野外采集样品 DNA 基因组的快
速、高效提取。
影响ISSR-PCR扩增的因素很多。基于正交设
计具有均衡分散、效应明确、综合可比、信息量大等优
点,本研究采用5因素4水平正交实验确定了影响珠
子参ISSR-PCR的引物浓度、模板浓度、Taq DNA聚
合酶浓度、dNTP浓度、Mg2+浓度的最佳组合,筛选
出了扩增条带清晰、多态性丰富的ISSR引物13个,
建立了稳定的、可重复的珠子参ISSR-PCR最佳反应
体系及 PCR 扩增参数。本研究主要应用引物
UBC818进行扩增,优选出的条件基本适用于其他大
多数引物,但是在具体使用的过程中还要根据不同引
物的特征进行适当的微调,主要调整扩增过程中的退
火温度,以期达到最好的扩增效果。
从图2和图3可以看出,样品10与其他样品
DNA间差异较大。从来源得知,10号样品为羽叶三
七,虽然与珠子参同为竹节参的变种均作为珠子参药
用,但是从分子水平角度初步说明二者间有一定差异。
目前对珠子参从DNA层面展开的研究较少,前
人对珠子参的ISSR-PCR分子标记技术研究很少,很
多东西无从借鉴,这就为珠子参的更深入的研究带来
一定的难度。本研究针对珠子参ISSR-PCR反应体
系的研究,为珠子参种质资源的保护、遗传多样性的
研究、药效成分的体内代谢和人工规模化栽培珠子参
奠定了一定的基础。
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(收稿日期:2014-05-26)
紫外可见分光光度法测定苣荬菜根部总三萜皂苷的含量
刘伟锐#,张 霞#,姜 蕊,杨 悦,谢 梦,颜 承,折改梅*(北京中医药大学中药学院,北京 100102)
摘要:目的 用紫外可见分光光度法测定苣荬菜根部总三萜皂苷的含量。方法 采用AB-8、D-101、D-4020、HPD-400和NKA-9
5种大孔树脂对苣荬菜根部总三萜皂苷进行纯化,以齐墩果酸为对照品,50g·L-1香草醛-冰醋酸、高氯酸为显色系统,在546nm
波长处测定总三萜皂苷含量。结果 在AB-8、D-101、D-4020、HPD-400和NKA-9 5种树脂中,D-101对苣荬菜根部总三萜皂苷
纯化效果最好;齐墩果酸质量浓度在0.034 2~0.106 5mg·mL-1范围内,吸光度与含量呈良好的线性关系,回归方程Y=
8.298 2 X-0.084 9(r=0.999 6),平均加样回收率为95.3%,RSD=1.5%(n=5),苣荬菜根部总三萜皂苷含量为0.202%,RSD
=2.6%。结论 该方法操作简单,快速灵敏,准确可靠,对设备要求不高,适用于苣荬菜根部总三萜皂苷的含量测定。
关键词:苣荬菜;总三萜皂苷;含量测定;紫外可见分光光度法
doi:10.3969/j.issn.1004-2407.2014.06.002
中图分类号:R282   文献标志码:A   文章编号:1004-2407(2014)06-0554-04
Determination of total triterpenes from the roots of Sonchus arvensis L.by spectro-
photometry
LIU Weirui#,ZHANG Xia#,JIANG Rui,YANG Yue,XIE Meng,YAN Cheng,SHE Gaimei*(School of Chinese Pharmacy,
Beijing University of Chinese Medicine,Beijing 100102,China)
Abstract:Objective To establish a new method for the determination of total triterpenes from the roots of Sonchus arvensis L.by
spectrophotometry.Methods By using AB-8,D-101,D-4020,HPD-400and NKA-9five kinds of macroporous resins for the pur-
ification of total triterpenes from the roots of S.arvensis L.,with oleanolic acid as standard,50g·L-1 vanilin-acetic acid,per-
chloric acid as coloring systems,triterpenes was measured by spectrophotometry and detected at 546nm.Results D-101macro-
porous resin showed the best performance for the purification of the total triterpenes from the roots of S.arvensis L..Absorbance
and content of oleanolic acid showed a good linear relationship in the range of 0.034 2-0.106 5mg·mL-1.The regression equation
was Y=8.298 2X-0.084 9(r=0.999 6),and the average recovery rate was 95.3%,RSD=1.5%(n=5).The content of total triter-
penes in the roots of S.arvensis L.was 0.202%,RSD=2.6%.Conclusion This method is simple,fast and sensitive,accurate and re-
liable,less demanding on the device,and can be used for the content determination of total triterpenes from the roots of S.arvensis L..
Key words:Sonchus arvensis L.;total triterpenes;determination;spectrophotometry
基金项目:教育部大学生创新性实验计划(编号:201310026068);
陕北地区苦菜汁开发研究(横向课题)
#共同第一作者:刘伟锐,男,在读硕士研究生;
张霞,女,在读硕士研究生
*通信作者:折改梅,女,博士,副教授,博士生导师
  苣荬菜为菊科(Compositae)苦苣菜属(Sonchus)
植物苣荬菜(S.arvensis L.)的干燥全草,又名苦菜、
苦荬菜、取麻菜等。苣荬菜性寒、味苦,具有清热解
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