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Application of SCAR molecular marker technology in identification of Monascus strains

红曲菌株鉴别中SCAR分子标记的应用



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EfectofnitrogenoncamptothecincontentinCamptothecaacuminataseedlings
SUNShiqin1,2,YANXiufeng2
(1.HarbinMedicalUniversityDaqingBranch,MedicalDepartment,Daqing163319,China;
2.NortheastForestryUniversity,ColegeofLifeScience,Harbin154000,China)
[Abstract] Objective:Toinvestigatetheefectsofnitrogenconcentrationonthecamptothecin(CPT)contentinCamptotheca
acuminataseedlings.Method:TheseedlingsofC.acuminatawith6pairofleavesweresubjectedtofivenitrogenconcentrationstreat
mentsbysandcultureinagreenhouse.TheCPTcontentintheseedlingswasdeterminedbyHPLConthe20th,35th,50th,65thand
80thdayrespectively.Result:TheCPTcontentintheyoungleavesofC.acuminataseedlingssuppliedwithdiferentnitrogenconcen
trationwassignificantlyhigherthanthatinotherorgans(P<0.01),anditshowedasinglepeakcurvewiththetimecourse,thehigh
estCPTcontentwasobservedonthe50thdayaftertreatment.TheCPTcontentintheyoungleavesobviouslydeclinedwithincreasing
nitrogenconcentration,anditreachedthehighest(6.72%)whennitrogenconcentrationwas4mmol·L-1,equalto1.1timesthatof
16mmol·L-1nitrogen.Conclusion:TheresultsdemonstratethatproperdeficientnitrogenstresscansignificantlyenhanceCPTaccu
mulationinyoungleavesofC.acuminataseedlings.
[Keywords] nitrogenconcentration;Camptothecaacuminataseedlings;camptothecincontent
[责任编辑 张宁宁]
[收稿日期] 20061214
[基金项目] 浙江省自然科学基金项目(Y204147)
[通讯作者] 丁红梅,Tel:(0571)86613589,Email:hmding@tom.com
红曲菌株鉴别中 SCAR分子标记的应用
丁红梅1,丁志山2,李海波3,陈铌铍2
(1.浙江中医药大学 分析测试中心,浙江 杭州 310053;
2.浙江中医药大学 生命科学学院,浙江 杭州 310053;
3.浙江省林业科学研究院 生物技术研究所,浙江 杭州 310023)
[摘要] 目的:建立一套基于DNA遗传标记技术的红曲菌株快速鉴定方法。方法:采用RAPD方法对分离收
集的10个红曲菌株进行多态性分析,从菌株F中获得1个421bp的特异RAPD标记片段F421。Blast分析未发现
F421序列(GenBank登录号EF063107)与GenBank中相关序列有较高同源性。根据该序列设计特意引物,对10个
红曲菌株进行PCR检测。结果:利用所获得的特征性片段扩增区域(SCAR)标记能能在1d内准确地鉴别出红曲F
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菌株。结论:利用SCAR分子标记技术对红曲菌株进行分类鉴别是红曲研究领域的新尝试,为推广应用SCAR分子
标记技术对药用真菌进行菌株快速准确鉴定提供技术依据。
[关键词] 红曲菌;快速鉴定;RAPD标记;SCAR标记
[中图分类号]R2825 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2008)04035904
  红曲是一味食疗兼备的传统中药,现代药理研
究证实红曲具有降血脂、降血压、降血糖和抑菌抗炎
等活性[1]。自然界有红曲菌Monascus40余种,用于
制备红曲的基原菌株也较多,至今没有统一标准。
长期以来,对红曲菌的分类鉴定均根据其形态特征
和生理学特性[2],但由于红曲菌属下分类的形态、
生化指标易受培养基质、温度等环境条件的影响,表
现出较大的差异性,有些种的界限不明确[3],使得
现有的分类系统实际应用比较困难,造成红曲菌种
在管理上没有统一的标准,生产中菌种混乱,杂菌污
染等问题严重,导致红曲产品的质量和安全性较差,
制约了红曲产业的可持续发展。因此建立一套红曲
菌种快速鉴别检测技术,不仅有利于我国红曲种质
资源的发掘与利用,而且也是规范红曲市场的迫切
需要。
根据 RAPD标记转化的 SCAR(特征性片段扩
增区域,sequencecharacterizedamplifiedregion)标
记,具有特异性、稳定性好,对DNA浓度和试剂要求
不高,操作简便、易分辨等优点,广泛用于物种形成、
辅助选择育种、系统演化、微生物菌种鉴别等各个领
域的研究中[46]。但 SCAR分子标记在红曲等药用
真菌的菌种鉴别、种质筛选的研究尚未见文献报道。
本研究将通过RAPD多态性分析获得的特异 RAPD
标记转化为稳定的 SCAR标记,并将该标记作为该
菌株的特异 DNA指纹,快速、准确地鉴定出红曲 F
菌株的真伪。进而为应用SCAR分子标记对药用真
菌菌种进行快速准确鉴定提供技术依据。
1 材料和方法
1.1 供试菌株及培养基 供试红曲菌株编号1~
10依次为 AS3554(M.anka),AS3972(M.an
ka),B(M.anka),F(M.ruber),J(M.anka),M2
(M.anka),P(M.anka),S(M.anka),ZW5(M.
anka),古田(M.anka)。其中B,F,J,P,S由浙江中
医药大学肿瘤研究室分离保存,AS3554,AS
3972,M2,ZW5,古田购自浙江省微生物研究所
(AS3554,AS3972为中国普通微生物菌种保藏
中心保存菌株),MEA(maltextractagar)培养基[3]培
养。大肠杆菌Escherichia.coliJM109菌株购自上海
皓嘉科技发展有限公司,常规LB培养基培养。
1.2 主要试剂及随机引物 所用主要分子生物学
试剂购自杭州博日科技有限公司及宝生物工程(大
连)有限公司,RAPD分析所用的10碱基随机引物
S251S278,S343S350,S2001S2050购自上海生工
生物技术公司,编号及核苷酸序列见上海生工生物
技术公司网页 htp://www.sangon.com/products/
services.htm。
1.3 红曲基因组DNA的提取 取新鲜培养的红曲
菌丝体,加液氮研磨破碎细胞后按 CTAB法[7]进行
红曲基因组DNA提取。
1.4 RAPD多态性分析 RAPD反应体系为 1×
PCRBufer,dNTPs1mmol·L-1,Taq酶 12U,
RAPD随机引物02μmol·L-1,模板DNA20ng,反
应总体积为20μL。扩增反应在梯度PCR扩增仪上
进行,94℃预变性6min,随即进入92℃变性40s,
36℃退火40s,72℃延伸2min的循环,共进行35
个循环,最后72℃补平7min,终止温度为4℃。
1.5 RAPD特异片段的回收、克隆及测序 采用
CoreOneTMGelExtractionKit于1.2%的琼脂糖凝胶
中回收RAPD特异片段,纯化后,经TaKaRapMD18
TVector连接,转化于E.coliJM109感受态细胞,挑
取3个阳性克隆由宝生物工程(大连)有限公司测
定序列。
1.6 SCAR分析 根据回收 RAPD特异片段的测
序结果,设计合成1对20bp的特异 PCR引物。特
异引物P1,P2由宝生物工程(大连)有限公司合成。
调整 PCR反应体系 P1,P2引物各为 01μmol·
L-1,复性温度为57℃,循环数为30,其他同 RAPD
分析一致。
2 结果
2.1 RAPD多态性分析 用84条随机引物对 10
个红曲菌株的总DNA进行PCR扩增,经筛选发现,
引物S2044的扩增图谱不仅可以得到很好的重复,
而且在菌株F中能稳定地扩增出特异的条带,相对
分子量421bp(图1),命名为F421。
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图1 引物S2044在10个红曲菌株中的扩增结果
M.marker;1.AS3554;2.AS3972;3.B;4.F;5.J;
6.M2;7.P;8.S;9.ZW5;10.古田(图3同)
2.2 RAPD特异片段的克隆 从F菌株中回收、克
隆F421片段,挑取的3个阳性克隆经测序后发现插
入的421bp序列一致,片段的全长序列(图2)Gen
Bank登录号为 EF063107。图中5’和3’带有阴影
的10碱基序列分别为引物 S2044的碱基序列及其
反向互补序列。将 F421的序列在 GeneBank上作
Blast分析,未发现与GenBank中相关序列有较高的
同源性。
图2 F421的核苷酸序列
阴影部分为RAPD引物S2044及其反向互补序列
2.3 SCAR标记的建立 将此序列输入 Primer
Premier5.0软件,同时参照S2044随机引物序列,设
计1对PCR特异引物P1,P2,其序列分别为:P1(20
bp):5′GTGCGAGCAACGCTACTCCA3′和 P2(20
bp):5′GTGCGAGCAAATAGACCTGA3′。用引物
P1,P2对10个红曲菌株的总DNA进行扩增获得预
期结果:引物P1、P2在F菌株中有唯一的1条扩增
带,约421bp;而在其他供试菌株中均无相应的扩增
带(图3),这表明 RAPD标记已成功转化为 SCAR
标记。
3 讨论
种质分类鉴定是筛选优良品种的基础。传统的
分类方法虽然可信度较高,但鉴定周期长且对鉴定
人员的专业素质要求较高,很难适应生产实际中简
  
图3 引物P1,P2在10个红曲菌株中的扩增结果
便、快速、直观的需要。鉴于微生物代谢终端产物蛋
白质、碳水化合物、短链脂肪酸等在其分类中具有特
别重要的意义,宋洪涛等、邢旺兴等采同工酶凝胶电
泳、毛细管气相色谱法、薄层色谱法、紫外光谱法、高
效毛细管电泳色谱法等化学指纹图谱分析来鉴别不
同种红曲菌[813]。但由于红曲菌的生化指标易受培
养基质、温度等环境条件的影响,差异性较大,仍然
造成实际菌株分类鉴定应用上的困难。近年来,利
用DNA分子遗传标记对微生物进行种质鉴定取得
了一定进展。在对红曲菌的分类鉴定研究上,以
RAPD分子标记应用为主[14,15]。但由于RAPD标记
技术假阳性高、稳定性和重复性差等缺陷,常常使得
研究结果一直未能用于实际生产中菌种的分类鉴
定、筛选育种与质量检验。
由RAPD标记发展起来的 SCAR标记,在对特
异RAPD片段测序的基础上,根据两端序列设计一
对18~24碱基特异引物,在较高的退火温度下实现
特异扩增,特异引物的采用排除了随机引物结合位
点之间的竞争,稳定性和可重复性显著提高[5]。
SCAR标记在样品鉴别时用特异引物直接进行 PCR
分析,具有快速、简便、低廉的特点,非常适合于样本
的大量分析,目前在动植物种质分类鉴定上已得到
广泛应用,技术上比较成熟。
本研究通过RAPD分析从红曲菌株F中获得一
条特异片段,并将该特异 RAPD标记转化为稳定的
SCAR标记作为 F菌株的特异 DNA指纹,可在1d
内对F菌株作出准确鉴定。应用SCAR分子标记技
术对红曲菌株进行分类鉴别是红曲菌研究领域的新
尝试。
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ApplicationofSCARmolecularmarkertechnologyinidentification
ofMonascusstrains
DINGHongmei1,DINGZhishan2,LIHaibo3,CHENNipi2
(1.AnalyticalTestingCenter,ZhejiangChineseMedicalUniversity,Hangzhou310053,China;
2.LifeScienceColege,ZhejiangChineseMedicalUniversity,Hangzhou310053,China;
3.BiologyResearchInstitute,ZhejiangForestryAcademy,Hangzhou310023,China)
[Abstract] Objective:ToestablishanefectivewayforrapididentificationofMonascusstrainsbasedonDNAmolecularmark
er.Method:ArandomamplifiedpolymorphicDNA(RAPD)markernamedF421ingenomicDNAofMonascusFstrainwasobserved
duringacomparisonofDNAfingerprintsderivedfrom10cultivatedstrainsofMonascus.F421wasclonedandsequenced.Comparing
thesequenceofF421(GenBankaccessionnumberEF063107)withotherrelativesequencesintheGenBankdatabases,nodistinct
comparabilitywasfound.Apairofsequencecharacterizedamplifiedregion(SCAR)primersweredesignedbasedonthesequenceof
theclonedfragmentandtestedforthespecificdetectionofMonascusF.Result:Theresultsofpolymerasechainreactionshowedthat
onlya421bpsegmentofMonascusFstrainwasamplifiedcomparedwithother9cultivatedstrainsofMonascus.AndtheacquiredSCAR
markerofstrainFcouldbeusedasaspecificDNAfingerprinttoidentifyMonascusstrainFwithinoneday.Conclusion:SCARmolec
ularmarkertechnologyisanefectivenewwaytoidentifyMonascusstrainsmorerapidly.AndalsoisanassistanttooltoidentifyMonas
cusstrainsmoreaccuratelywhendisagreementscomeoutusingtraditionalclassification.Itcouldbeappliedwidelytotheprotectionof
germplasmresources,classificationandidentificationdistinguishingfalsestrainsofpharmaceuticalfungi.
[Keywords] Monascus;rapididentification;RAPDmarker;SCARmarker
[责任编辑 张宁宁]
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