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Genomic Analysis of ITS Sequence for Classificat ion and Determinat ion of Monascus Strains

基因组 ITS序列分析鉴定红曲霉菌株


为建立有效的红曲霉分类鉴定方法,进一步发掘和保护红曲霉菌株生物资源,以福建省内各类红曲霉生产菌株为主要材料,采用MEGA 5.10软件对其ITS序列进行分析,构建系统发育树,结合在麦芽汁琼脂培养基、察氏酵母提取物琼脂培养基和甘油硝酸盐琼脂培养基上的菌落形态特征以及生理生化试验对41株红曲霉进行分类鉴定。试验结果显示41个红曲霉菌株的ITS序列长度为520bp左右,嘌呤嘧啶(GC)含量比例在56.2%~58.0%,41个不同序列间的平均遗传距离为0.0052。经分子生物学手段分析,辅以菌落形态观察和生理生化试验,最终将41株红曲霉鉴定为紫色红曲霉、丛毛红曲霉、橙色红曲霉、红色红曲霉、烟灰色红曲霉和白色红曲霉6大类。


全 文 :核 农 学 报 2015,29 ( 2 ) : 0252 ~ 0259
Journal of Nuclear Agricultural Sciences
收稿日期: 2014-02-12 接受日期: 2014-09-20
基金项目:国家科技型中小企业技术创新基金项目—福建省微生物发酵技术服务( 12C26243503676; 13C26243502984 ) ,人力资源和社会保障部留学
人员科技活动项目( 人社厅函[2014]240 号) ,福建省科技厅公益类项目( 2010R1017-2) ,福建省农科院青年基金项目( 2011QB-6)
作者简介:杨成龙,男,高级工程师,主要从事食品与发酵研究。E-mail: yclmail@ 126. com
通讯作者:同第一作者。
文章编号: 1000-8551 ( 2015 ) 02-0252-08
基因组 ITS序列分析鉴定红曲霉菌株
杨成龙1 陈章娥1,2 吴小平2 邓思珊3 黄颖颖1 陆东和1
( 1 福建省农业科学院农业工程技术研究所,福建 福州 350003 ; 2 福建农林大学
生命科学学院,福建 福州 350002 ; 3 福建省医学科学研究院,福建 福州 350002 )
摘 要:为建立有效的红曲霉分类鉴定方法,进一步发掘和保护红曲霉菌株生物资源,以福建省内各类红
曲霉生产菌株为主要材料,采用 MEGA 5. 10 软件对其 ITS 序列进行分析,构建系统发育树,结合在麦芽
汁琼脂培养基、察氏酵母提取物琼脂培养基和甘油硝酸盐琼脂培养基上的菌落形态特征以及生理生化
试验对 41 株红曲霉进行分类鉴定。试验结果显示 41 个红曲霉菌株的 ITS 序列长度为 520bp 左右,嘌
呤嘧啶( GC) 含量比例在 56. 2% ~ 58. 0%,41 个不同序列间的平均遗传距离为 0. 0052。经分子生物学
手段分析,辅以菌落形态观察和生理生化试验,最终将 41 株红曲霉鉴定为紫色红曲霉、丛毛红曲霉、橙
色红曲霉、红色红曲霉、烟灰色红曲霉和白色红曲霉 6 大类。
关键词:红曲霉 ; ITS;序列分析; 分类鉴定
DOI: 10. 11869 / j. issn. 100-8551. 2015. 02. 0252
红曲霉 ( Monascus) 是小型丝状腐生真菌,属真菌
门( Eumycophyta) 、子囊菌亚门( Ascomycotina) 、不整子
囊菌纲( Plectomycetes) 、散囊菌目( Eurotiales) 、红曲菌
科 ( Monascaceae ) [1]。 在 该 科 下,仅 有 红 曲 霉
( Monascus) 一个属,为法国学者 Van Tieghem 于 1884
年建立[2]。红曲霉的应用在我国已有一千多年历史,
我们的祖先很早就将红曲霉应用于酿酒、食品防腐、药
用、制红曲和各种传统食品生产等[3]。据记载,日本
红曲也是由中国传入[4]。红曲的产地主要分布在我
国福建、浙江、江苏、台湾等地,其中福建省是我国红曲
的主要产地,其红曲品种多样,以古田红曲最为著
名[5]。现代研究表明,红曲霉在代谢中可产生多种次
级代谢产物,包括 Monacolin 类化合物以及麦角甾醇、
生物黄酮、皂苷、膳食纤维、氨基多糖等丰富的生理活
性物质[6]。除了因较强的产红曲色素的能力而广泛
用于食品烹饪、食品着色外[7],更具有降压、降糖、抗
肥胖、抗癌、防治老年痴呆及骨质疏松等功效[8 - 9],因
此可广泛应用于食品、医药等行业。
红曲霉在真菌中的地位及种间的分类,在国际上
尚无统一的标准[10],这在一定程度上对红曲霉的深入
研究与应用有所限制。目前,红曲霉鉴定的主要手段
依然是形态学鉴定,但是由于培养条件对红曲霉的菌
落以及显微特征影响较大,因此仅仅依靠形态学已经
不能满足红曲霉鉴定的需要。采取综合、准确、快速的
分类方法对细菌和真菌进行菌种类别鉴定已经成为微
生物鉴定的趋势[11 - 13],具有十分重要的理论和经济意
义。
本研究以不同来源的 41 个红曲霉为材料,首先通
过分子生物学分析方法进行鉴定,再结合传统的形态
学和生理生化特性进行分析,最终将 41 个红曲霉菌株
进行分类鉴定,为进一步发掘和保护红曲霉菌株生物
资源做有益探索。
1 材料和方法
1. 1 红曲
收集福建各地区的红曲 37 种,包括连江红曲( 3
份) ,屏南红曲( 1 份 ) ,永泰红曲( 1 份 ) ,周宁红曲( 3
252
2 期 基因组 ITS 序列分析鉴定红曲霉菌株
份) ,新罗红曲( 1 份 ) ,古田红曲( 2 份 ) ,漳平红曲( 2
份) ,永春红曲( 3 份 ) ,建阳红曲( 1 份 ) ,安溪红曲( 3
份) ,南靖红曲( 4 份 ) ,尤溪红曲( 1 份 ) ,大田红曲( 4
份) ,建瓯红曲( 1 份 ) ,长乐红曲( 3 份 ) ,仙游红曲( 1
份) ,南安红曲( 1 份) ,三元红曲( 2 份) 。
1. 2 供试菌株
从每份红曲样品中分离纯化出 1 株有代表性的红
曲霉菌株,其中部分菌株是红曲生产企业里具有生产
意义和产业化应用价值的色曲、功能曲和酒曲。共获
得 37 株,编号分别为 M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、
M8、M9、M10、M15、M16、M17、M18、M19、M20、M21、
M22、M23、M24、M25、M26、M27、M28、M29、M30、M31、
M32、M33、M34、M35、M36、M37、M38、M39、M40、M41。
从中国工业微生物菌种保藏管理中心 ( CICC ) 购买 4
株,即 CICC5015、CICC5016、CICC5017、CICC5032,分
别编号为 M11、M12、M13 和 M14。
1. 3 培养基
马铃薯葡萄糖培养基( PDA ) : 去皮马铃薯 200 g
切成小块,加 1 000 mL 水煮 30 min,双层纱布过滤,滤
液中加入 2 % 葡萄糖,补充因蒸发失去的水分,固体
培养基加 2 % 琼脂,自然 pH,0. 1 MPa,灭菌 20 min。
麦芽汁琼脂培养基( Wa ) : 麦芽汁 ( 15° Bx ) 1 000
mL,琼脂 15 g。
察氏酵母提取物琼脂培养基 ( CYA ) : NaNO3
3. 0g,K2HPO4 1. 0g,KCl 0. 5g,MgSO4·7H2O 0. 5g,
FeSO4·7H2O 0. 01 g,酵母提取物 5. 0 g,蔗糖 30 g,琼
脂 15 g,加蒸馏水至 1 000 mL。
甘油硝酸盐琼脂 ( G25N ) : CYA 加 25 % ( 质量分
数) 甘油。
1. 4 试剂和设备
引物、Taq DNA 酶和 DNA 提取试剂盒购自天根生
化科技( 北京) 有限公司,100 bp Marker 购自生工生物
工程( 上海) 有限公司,测序由生工生物工程 ( 上海) 有
限公司完成; EPS100 PCR 仪、HE120 琼脂糖水平电泳
仪购自上海天能科技有限公司。
1. 5 分离方法
称取 10g 红曲,在超净工作台中用研钵研成粉末
状,置于 90 mL 无菌生理盐溶液中,摇匀,梯度稀释,吸
取稀释液 0. 1 mL 涂布于 PDA 培养基上,30℃培养 72
h,转移接种到 PDA 斜面试管培养,反复多次分离纯化
得到较纯的菌株[14]。
1. 6 红曲霉的分类鉴定
主要采用分子生物学鉴定,结合形态观察并辅以
生理生化试验进行分类鉴定。
1. 6. 1 分子生物学鉴定 红曲霉基因组 DNA 的提
取 :采用试剂盒法。试剂盒为 DNA secure Plant Kit( 新
型植物基因组 DNA 提取试剂盒 ) ,购于天根生化科技
( 北京) 有限公司。
ITS 基因扩增 : ITS 序列采用通用引物 ITS1 ( TCCG
TAGGTGAACCTGCGG) ; ITS4 ( TCCTCCGCTTATTGAT
ATGC) 进行扩增。PCR 扩增采用 25 μL 反应体系 :
DNA 模板 1 μL,dNTPs( 2. 5 m mol·L - 1 ) 2. 5 μL,10 ×
PCR buffer 2. 5 μL( 含 MgCl2 ) ,引物各 1 μL,Taq 聚合
酶( 5U·μL - 1 ) 0. 5 μL,最后加 ddH2O 补充至总体积为
25 μL。ITS-PCR 扩增程序为 : 96℃预变性 1 min; 96℃
变性 30 s,50℃退火 30 s,72℃延伸 90 s,共 35 个循环 ;
72℃延伸 10 min; 4℃保存。
测序 : PCR 产物测序委托生工生物工程 ( 上海) 有
限公司完成。
ITS 序列分析: PCR 产物序列提交到 GenBank 核
酸序列数据库,应用 BLAST 程序分别对所测得的 ITS
序列进行相似性比对。采用软件 ClustalX1. 83 进行多
序列的比对,手工适当调整,将对位排列结果中 5和
3端的非对位排列区去除。用 MEGA5. 10 软件计算序
列碱基组成( nucleotide composition ) [15]、基于 Kimura
2-parameter 模式计算遗传距离[16]、采用 Neighbor-
joining ( NJ ) 法 构 建 系 统 发 育 树[17],利 用 自 展 法
( Bootstrap 重复 1 000 次) 检验各分支的置信度[18]。
1. 6. 2 菌落形态观察 对于分离纯化及活化好的菌
株,采用点接种法接种于 Wa、CYA 和 G25N 培养基上,
于 25 ℃培养 7 d 后进行菌落形态观察,包括菌落大
小、颜色、形状和气生菌丝。
1. 6. 3 生理生化试验 碳源利用试验:不含糖的察氏
培养基中分别加入 2 %的果糖、麦芽糖、葡萄糖、蔗糖、
乳糖、山梨糖,0. 1 MPa 压力下,灭菌 20 min 后备用。
接种,均一式 2 支,重复 1 次。于 30 ℃培养箱中培养
4 d[19]。
明胶水解试验: 用含有 0. 5 %蛋白胨、15 %明胶
的培养基,调 pH 值为 7. 0 ~ 7. 2,分装于试管,于 0. 05
MPa 灭菌 20 min。挑取孢子用穿刺法接种于试管中央
( 明胶培养基在 20 ℃以上融化,故观察时先将培养管
在 4 ℃冰箱中冷却,待对照管完全凝固后,再记录结
果) 。同时取 2 支不接种做空白对照,30 ℃培养箱中
分别培养 7、10、14 d。在 20 ℃下观察明胶凝块部分或
全部变为可流动的液体,则为明胶水解阳性。如菌已
生长,明胶未液化,但明胶表现菌落下出现凹陷小窝也
是轻度水解,按阳性记录[19]。
352
核 农 学 报 29 卷
2 结果与分析
2. 1 红曲霉的分离纯化
从红曲中通过分离、纯化和初步鉴定,获得 37 株
红曲霉菌株,加上活化购买来的菌株,共获得 41 株红
曲霉。
2. 2 红曲霉的分子生物学鉴定
2. 2. 1 ITS 扩增 提取纯化 41 个红曲霉菌株的基因
组 DNA,用 ITS1 / ITS4 引物进行 ITS 扩增,然后电泳检
验( 图 1 ) 。通过 DNA Marker( DL2000 ) 分子量估算,41
个红曲霉菌株 ITS 条带在 520 bp 左右。
注 : M : MarkerDL2000 ; M1-M41 为 41 个红曲霉菌株。
Note: M : stands for Marker DL2000,M1-M41stand for 41 Monascus strains.
图 1 41 个红曲霉菌株 ITS 扩增电泳图谱
Fig. 1 ITS amplification electrophoresis of 41 Monascus strains
2. 2. 2 41 个红曲霉菌株 ITS 序列分析 测序结果显
示,在去除两端 ITS 引物序列后,应用 MEGA5. 10 软件
将 41 个菌株 ITS 基因序列进行多序列对比,计算得到
GC 含量表 ( 表 1 ) 。结果显示 41 个菌株 GC 含量在
56. 2 % ~ 58. 0 %。其中菌株 M8 含量最高; ITS 对齐
序列长度在 417 ~ 421 bp。
2. 2. 3 遗传距离和系统发育分析 41 个不同序列间
的平均遗传距离 ( D ) 为 0. 0052。根据 BLAST 检索结
果,筛选 26 株最相似菌株的 ITS 序列与供试菌株的序
列进行系统发育树的构建 ( 图 2 ) 。结果表明,41 株红
曲霉按 ITS 序列可以分为 3 大类,菌株 M13、M14、
M16-M33、M35-M36 以及 M40 这 23 株聚为一类,说明
它们的 ITS 基因序列比较相似。图 2 表明这 23 株红
曲霉的遗传进化亲缘关系与红色红曲霉 ( M. ruber ) 、
烟灰 色 红 曲 霉 ( M. femeus ) 、白 色 红 曲 霉 ( M.
albidulus) 、丛毛红曲霉( M. pilosus) 和紫色红曲霉 ( M.
purpureus) 这 5 种在 NCBI 上公布的红曲霉菌菌株的
ITS 基因序列最为接近,可能是这 5 种红曲霉中的 1
种。菌株 M1-M3、M5、M9、M11-M12、M15、M34、M37-
M39 和 M41 这 13 株聚为一类,说明这些菌株的 ITS 基
因序列比较相似,由图 2 知这 13 株红曲霉的遗传进化
亲缘关系与紫色红曲霉 ( M. purpureus ) 、橙色红曲霉
( M. aurantiacus) 、火红色红曲霉 ( M. rutilus) 、丛毛红
曲霉( M. pilosus) 、高粱红曲霉( M. kaoliang) 和红色红
曲霉( M. ruber) 最为接近,可能是这 6 种红曲霉中的
一种。M4、M6-M8 以及 M10 聚为另一类,由图 2 可以
看出这 5 个菌株的 ITS 基因序列与橙色红曲霉 ( M.
aurantiacus) 最为接近,因此初步被鉴定为橙色红曲霉
( M. aurantiacus ) 。前两类红曲霉菌株仅根据其 ITS
基因序列,无法鉴定到具体红曲霉菌种,需结合菌落形
态观察和生理生化特征鉴定。
2. 3 菌落形态特征
红曲霉在 Wa、CYA 和 G25N 培养基上的菌落形态
特征对于红曲霉的分类和鉴定具有重要的参考价值。
本研究发现 41 株不同来源的红曲霉在相同的培养条
件下其菌落形态特征具有较大的差异,其中使用麦芽
汁琼脂培养基( Wa) 培养的红曲霉,其菌落形态特征最
为稳定[20]。因此,本研究以 41 株红曲霉在 Wa 培养
基上的菌落形态特征作为主要分类鉴定依据,以 CYA
和 G25N 这 2 种培养基上的菌落形态特征作为辅助鉴
定依据。41 株红曲霉在 Wa、CYA 和 G25N 培养基
25℃下培养 7 d 的菌落形态特征见表 2。
452
2 期 基因组 ITS 序列分析鉴定红曲霉菌株
表 1 41 个红曲霉菌株 ITS 序列的 GC 含量及序列长度
Table1 GC contents and sequence lengths of ITS of 41 Monascus strains
菌株
Strains
GC 含量
GC contents /%
长度
Sequence lengths / bp
菌株
Strains
GC 含量
GC contents /%
长度
Sequence lengths / bp
M1 56. 7 418 M22 56. 7 418
M2 56. 7 418 M23 56. 7 418
M3 56. 7 418 M24 56. 7 418
M4 57. 3 419 M25 56. 7 418
M5 56. 7 418 M26 56. 7 418
M6 57. 3 419 M27 56. 5 418
M7 57. 0 421 M28 56. 7 418
M8 58. 0 417 M29 56. 7 418
M9 56. 7 418 M30 56. 7 418
M10 56. 9 418 M31 56. 7 418
M11 56. 7 418 M32 56. 7 418
M12 56. 7 416 M33 56. 8 417
M13 56. 7 418 M34 56. 7 418
M14 56. 7 418 M35 56. 7 418
M15 56. 8 417 M36 56. 7 418
M16 56. 7 418 M37 56. 7 418
M17 56. 7 418 M38 56. 7 418
M18 56. 7 418 M39 56. 7 418
M19 56. 7 418 M40 56. 7 418
M20 56. 7 418 M41 56. 2 418
M21 56. 7 418
结果显示,M12、M16 - M33、M35 - M36 以及 M40
这 22 个菌株在 Wa 培养基上菌落直径为 50 ~ 59 mm,
颜色为白色或者淡粉色,菌落平坦,气生菌丝浓密,基
于 ITS 序列分析结果,结合其菌落形态特征可以确定
这 22 株红曲霉为丛毛红曲霉[20]。M1 - M3、M5、M9、
M34、M38、M39 和 M41 这 9 个菌株在 Wa 培养基上菌
落直径为 20 ~ 29 mm,颜色为橙色或偏棕红色,菌落中
央突起,边缘不规则状,气生菌丝被茸毛状至被卷棉毛
状,基于 ITS 序列分析结果,结合其菌落形态特征可以
确定这 9 株红曲霉为紫色红曲霉[20]。M4、M6-M8、
M10-M11 和 M15 在 Wa 培养基上菌落直径为 27 ~ 31
mm,颜色为浅铬黄色至浅橙色,菌落边缘流苏状,气生
菌丝卷棉毛状,基于 ITS 序列分析结果,结合其菌落形
态特征可以确定这 7 株红曲霉为橙色红曲霉[20]。
M13 在 Wa 培养基上菌落直径为 57 mm,白色,圆形,
气生菌丝被短绒毛状,基于 ITS 序列分析结果,结合该
菌株菌落形态特征可以确定该菌株 M13 为白色红曲
霉[20]。M14 在 Wa 培养基上菌落直径为 62 mm,烟灰
色,圆形,平坦,气生菌丝被短绒毛状,基于 ITS 序列分
析,结合该菌株菌落形态特征可以确定该菌株 M14 为
烟灰色红曲霉[20]。M37 在 Wa 培养基上菌落直径为
48 mm,菌落正面白色反面淡褐色,中央稍微隆起有辐
射沟纹,齐声菌丝被短绒毛状,基于 ITS 序列分析结
果,结合该菌株菌落形态特征可以确定该菌株 M37 为
红色红曲霉[20]。
2. 4 生化特征
碳源利用结果表明 : 41 个红曲霉菌株都能利用葡
萄糖和麦芽糖,在含葡萄糖培养基中生长情况基本无
差别,而对果糖、蔗糖、乳糖和山梨糖利用情况则有明
显不同。41 个红曲霉菌株在果糖、蔗糖和乳糖培养基
中均能生长,但生长情况各有差异,而菌株 M1-M3、
M5、M9、M34、M38、M39 和 M41 却不能或几乎不能利
用山梨糖。因此,根据碳源利用结果可进一步确定
M1-M3、M5、M9、M34、M38、M39 和 M41 这 9 株红曲霉
为紫色红曲霉[21]。
明胶水解结果表明 : 41 个红曲霉菌株中 M1-M3、
M5、M9、M34、M38、M39 和 M41 这 9 个菌株能使明胶
水解,而其他 32 株都不能使明胶水解。据邢旺兴
等[21]报道,能水解明胶的红曲霉只有变红红曲菌和紫
色红曲菌。而根据 ITS 序列分析结果可知,M1-M3、
M5、M9、M34、M38、M39 和 M41 这 9 个菌株与紫色红
曲霉、橙色红曲霉、火红色红曲霉、丛毛红曲霉、高粱红
曲霉和红色红曲霉最为接近,因此确定这 9 个菌株一
定为紫色红曲霉。
552
核 农 学 报 29 卷
图 2 基于 ITS 序列构建的 NJ 系统发育树
Fig. 2 NJ phylogenetic tree based on ITS sequences
3 讨论
关于红曲菌的分类,特别是属以下种的分类鉴定
至今国际上仍未能形成统一的标准,对某些独立的种,
仍有异议[10]。目前国内红曲霉的研究主要采取传统
的形态学、生理生化鉴定的方法[22 - 24]。传统的表型、
生物化学方法鉴定微生物耗时耗力,而且培养条件的
改变可能会导致结果发生改变,鉴定结果很不稳
定[25]。因此仅仅依靠形态学已经不能满足红曲霉鉴
定的需要,采取综合、准确、快速的分类方法对红曲霉
进行菌种类别鉴定已经成为红曲霉鉴定的趋势。通过
建立更客观明确的鉴定方法有力地补充形态学鉴定,
从而弥补传统分类鉴定手段的不足,这对于完善红曲
霉的分类鉴定方法具有非常重要的意义。近年来,
DNA 分子标记作为红曲霉菌种鉴定的新技术得到了
迅速发展,Lakrod 等[26 - 27]采用 RAPD 标记对红曲霉的
系统分类进行了研究;丁红梅等[28]和 Shinzato 等[29]采
用 RAPD 方法分析了红曲霉的多态性 ; 丁红梅等[30]通
过将 RAPD 标记转化为稳定的 SCAR 标记,分析了红
曲霉菌株的遗传结构 ; Park 等[31]通过红曲霉 LSU 上
的 D1 /D2 阐述了红曲霉的系统发生关系 ; 郭芳等[32]
652
2 期 基因组 ITS 序列分析鉴定红曲霉菌株
表 2 41 株红曲霉基于 ITS 序列分析及菌落形态特征的鉴定结果
Table 2 The identification result of 41 Monascus strains based on ITS sequence analysis and colony morphological characteristics
菌株编号
Strain No. 菌种
Strain
菌落形态特性 Colony morphological characteristics
形态 Morphological Wa CYA G25N
M12、M16-M33、 M. Pilosus 直径 /mm 50 - 59 19 - 27 18 - 23
M35、M36、M40 颜色 白色或淡粉色 白色 白色
形状 平坦 平坦 平坦
气生菌丝 浓密 稀疏或丛卷毛状 稀疏
M1-M3、M5、M9、M34、 M. purpureus 直径 /mm 20 - 29 18 - 21 11 - 18
M38-M39、M41 颜色 橙色或偏棕红色 淡红色 淡红色
形状 中央突起,边缘不规则状 平坦 平坦
气生菌丝 被茸毛状至被卷棉毛状 稀疏或从卷毛状 稀疏,丛卷毛状
M4、M6-M8、 M. aurantiacus 直径 /mm 27 - 31 23 - 28 几乎不生长
M10-M11、M15 颜色 浅铬黄色至浅橙色 浅橙色
形状 边缘流苏状 平坦
气生菌丝 卷棉毛状 丛卷毛状
M13 M. albidulus 直径 /mm 57 38 26
颜色 白色 白色 白色
形状 圆形 圆形 圆形
气生菌丝 被短绒毛状 絮状 被短绒毛状
M14 M. femeus 直径 /mm 62 25 12
颜色 烟灰色 白色 白色
形状 圆形平坦 圆形平坦 圆形
气生菌丝 被短绒毛状 稀薄 稀薄
M37 M. ruber 直径 /mm 48 30 28
颜色 淡褐色 白色 白色
形状 中央稍微隆起有辐射沟纹 平坦 平坦
气生菌丝 被短绒毛状 中央丛卷毛状 丛卷毛状
研究了 4 种红曲霉各自固有的 ITS rDNA 序列 ; 任道
援[33]运用 PCR-DGGE 对红曲霉菌种间、株间 18S
rDNA 的序列进行了多态性分析研究。虽然以上研究
在一定程度上对不同种的红曲霉进行了区分,但现有
红曲霉的分类鉴定方法很难将一些特殊的红曲霉鉴定
到具体的种,无论是形态学或生理生化鉴定,还是现代
的分子生物学鉴定手段[34]。因此,应将各种方法相互
结合,相互验证,以获得更加可靠的分析结果。
本研究进行分类鉴定的红曲菌株是通过收集福建
省各个地区红曲样品中分离纯化出的红曲霉菌株,这
些菌株不但具有地域广泛性,而且其中部分菌株还是
红曲生产企业里具有生产意义和产业化应用价值的代
表性优良色曲、功能曲和酒曲; 本研究对 41 个红曲霉
菌株进行分类鉴定的方法是首先通过测定其 ITS 区段
的序列构建系统发育树,将 41 株红曲霉初步分为 3 大
类 ;其次根据所有供试菌株分别在 Wa、CYA 和 G25N
培养基上的菌落形态特征观察、碳源利用情况和明胶
水解结果,将 41 株红曲霉分为 6 大类 ; 最后结合 ITS
序列分析、形态观察以及生理生化特性鉴定,将 41 个
不同来源的红曲霉菌株进行了分类鉴定 ; 该方法不但
通过分子生物学方法从基因水平直接反映其遗传关
系,相较于传统的分类方法更加客观,也更为准确,并
且优点明显 :操作简单、特异性高、准确性好 ;同时结合
传统的分类鉴定方法,避免由于形态特征受制于湿度、
温度、培养基以及光照等条件的不稳定性以及主观辨
识的差异性而引起的鉴定结果的不准确性。这种通过
对广泛地域内各类具有生产意义的不同红曲,结合现
代的分子标记方法和传统的形态学、生理生化学方法
进行的分类鉴定,对红曲霉资源的收集保藏以及菌种
的保护提供了理论依据和技术支持。
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核 农 学 报 29 卷
4 结论
本研究通过测定供试菌株的 ITS 区段的序列并构
建系统发育树,结合供试菌株菌落形态特征和生理生
化特性,对 41 个红曲霉菌株进行分类鉴定,鉴定结果
发现 41 个红曲霉菌株分别为丛毛红曲霉、紫色红曲
霉、橙色红曲霉、红色红曲霉、烟灰色红曲霉和白色红
曲霉,其中丛毛红曲霉有 22 株,紫色红曲霉有 9 株,橙
色红曲霉有 7 株。研究表明结合形态学特征与 ITS 序
列进行真菌种的鉴定,其结果更可靠。
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Journal of Nuclear Agricultural Sciences
2015,29 ( 2 ) : 0252 ~ 0259
Genomic Analysis of ITS Sequence for Classification and
Determination of Monascus Strains
YANG Chenglong1 CHEN Zhang’e1,2 WU Xiaoping2 DENG Sishan3 HUANG Yingying1 Lu Donghe1
( 1 Institute of Agricultural Engineering Technology,Fujian Academy of Agricultural Sciences,Fuzhou,Fujian 350003 ;
2 College of Life Science,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou,Fujian 350002 ;
3 Fujian Academy of Medical Sciences,Fuzhou,Fujian 350002 )
Abstract: In order to establish effective classification and determination methods of Monascus strains,then further exploit
and protect these biological resource,we identified most of Monascus strains collected and isolated from various Fujian
Province regions of Monascus manufactures productions,with analysis of ITS ( Internal Transcribed Spacer) by software
MEGA 5. 10,construction of the phylogenetic tree,and combining physiology biochemical experiment and colonial
morphology characteristics in Wa,CYA and G25N cultures,respectively. The ITS sequence length of these strains were
around 520bp,GC contents were ranged from 56. 2% to 58. 0%,and the mean genetic distance from various sequences
were 0. 0052. According to the analysis of molecular biology,and morphology characteristics and physiology biochemical
experiment,the 41 Monascus strains were classed into six categories which were M. purpureus,M. pilosus,M.
aurantiacus,M. ruber,M. femeus and M. albidulus.
Keywords: Monascus,ITS,sequence analysis,classification and identification
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