全 文 :基于 ITS序列的中国药用石斛及其混伪品的
分子鉴定
刘静1,2,何涛1,淳泽1
(1.中国科学院 成都生物研究所,四川 成都 610041;
2.中国科学院 研究生院,北京 100049)
[摘要] 目的:通过测定17种药用石斛的rDNAITS全序列,构建分子系统树,在分子水平对待检种进行鉴别,为石斛的
分子鉴定提供依据。方法:采用改良的CTAB法提取石斛叶片DNA,PCR扩增rDNAITS区全序列,产物回收纯化后直接测序,
运用Bioedit,MEGA40等软件分析石斛属植物的rDNAITS序列的特征。结果:建立了17种药用石斛rDNAITS区碱基全序
列数据库,其中,ITS1的长度为228~234bp,GC量为457%~530%,变异位点167个,占总位点6734%,信息位点106个,
占总位点4274%;ITS2长度为241~247bp,GC量为448%~557%,变异位点165个,占总位点6627%,信息位点115个,
占总位点4618%。属间的遗传距离为0295,石斛种间的平均遗传距离为0142,种内各居群间的平均遗传距离为0002。结
论:利用17种石斛的全序列数据库及遗传分析软件,通过对待检种rDNAITS区进行序列测定,可以在分子水平对石斛不同种
质进行鉴别,为石斛的分子鉴定提供依据。
[关键词] 石斛属;ITS序列;分子鉴定
[收稿日期] 20090316
[基金项目] 国家科技支撑计划项目(2006BAI06A1110);国家星
火计划项目(2008GA810003);四川省科技支撑计划(07FG001005,
2006Z08014,2009FZ0077);四川省 “十一五”育种攻关项目
(2006YZGG123);四川省公益性研究计划(2008NG0007)
[通信作者] 淳泽,Tel:13908058586,Email:chunze@cib.ac.cn
石斛是一味常用的名贵中药,用药历史悠久,以
新鲜或干燥茎入药。具有滋阴清肺,生津止渴,养胃
除烦等功效[1]。我国药用石斛的原植物主要来源
于兰科石斛属76种植物,其次有的地区尚将金石斛
属Ephemerantha、石仙桃属 PholidotaLindl.、石豆兰
属BulbophylumThou.等部分植物做石斛用[2]。有
些药效相差较大的石斛外观形态相近,加之石斛野
生资源遭到破坏,市场供不应求,很多市场上流通的
做药用的非石斛植物与石斛形态也极为相似,仅凭
形态、理化、显微鉴别的手段难以鉴别。
植物核糖体DNA中的内转录间隔区(rDNAITS
区)序列是中度保守区,进化速率较快,既具有核苷
酸序列高度变异性又有长度上的保守性,可以提供
较丰富的变异位点和信息位点[34],在研究属间和校
正属间关系时都表现出较高的趋异率和信息位点百
分率[5],因此广泛用于近缘属间、属内种间的分子
系统及鉴别。徐红[6]等人曾对部分黄草石斛的 ITS
序列,丁小余[7]等人曾对部分枫斗类石斛的 ITS序
列分别进行了分析及鉴别。但还有大量药用石斛的
ITS序列未知,为此,本实验广泛收集各类中国药用
石斛及其混伪品材料,拟测定石斛属间,属内种间、
种内不同居群间的rDNAITS序列,比较其序列特征
及其差异,为石斛的分子鉴定提供依据。
1 材料
实验所用石斛属植物采自我国的四川、云南、贵
州等省区,还有来自缅甸、老挝等国家的种类。药用
石斛17种,共32份(包括待检材料),外类群材料2
份。见表1。
2 方法
2.1 总 DNA的提取 采用改良的 CTAB法:取石
斛新鲜的叶片01g,用无菌水冲洗干净,在液氮中
研磨成粉。将研磨好的组织粉末迅速装入2mL离
心管中,加入2×CTAB提取缓冲液700μL[含2%
的CTAB,14mol·L-1的 NaCl,002mol·L-1的
EDTA,1%的 PVP(polyvinypyrolidonc,聚乙烯吡咯
烷酮)],65℃水浴30min,并不时的颠倒混匀。加
入相同体积的苯酚氯仿异戊醇(25∶24∶1),抽提10
min后以8000r·min-1的转速离心10min。取上
清再加苯酚氯仿异戊醇抽提1次。小心取上清液
于15mL的离心管中,加入2倍体积的无水乙醇,
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表1 所测定的材料及来源
编号 种名 来源地 登录号
1 密花石豆兰 Bulbophylumodoratisimum四川万源 FJ428222
2 密花石豆兰 B.odoratisimum 四川万源 FJ428223
3 铁皮石斛 Dendrobiumoficinale 贵州三都 FJ428224
4 铁皮石斛 D.oficinale 贵州荔波 FJ384723
5 铁皮石斛 D.oficinale 贵州荔波 FJ530947
6 铁皮石斛 D.oficinale 广西乐业 FJ530944
7 铁皮石斛 D.oficinale 广西永福 FJ530945
8 铁皮石斛 D.oficinale 重庆 FJ530946
9 铁皮石斛 D.oficinale 云南思茅 FJ588871
10 铁皮石斛 D.oficinale 云南广南 FJ588872
11 细叶石斛 D.hancocki 四川万源 FJ384725
12 细叶石斛 D.hancocki 四川成都 FJ384726
13 金钗石斛 D.nobile 云南 FJ384728
14 金钗石斛 D.nobile 四川夹江 FJ378649
15 金钗石斛 D.nobile 贵州赤水 FJ384727
16 金钗石斛 D.nobile 贵州赤水 FJ530948
17 叠鞘石斛 D.denneanum 四川夹江 FJ384729
18 叠鞘石斛 D.denneanum 四川夹江 FJ384730
19 叠鞘石斛 D.denneanum 四川夹江 FJ530949
20 叠鞘石斛 D.denneanum 云南思茅 FJ384731
21 叠鞘石斛 D.denneanum 四川彭州 FJ384732
22 密花石斛 D.densiflorum 云南 FJ384742
23 曲茎石斛 D.flexicaule 四川万源 FJ384743
24 梳唇石斛 D.strongylanthum 云南龙陵 FJ384739
25 串珠石斛 D.falconeri 老挝 FJ384734
26 束花石斛 D.chrysanthum 云南思茅 FJ384738
27 长苏石斛 D.brymerianum 缅甸 FJ428221
28 齿瓣石斛 D.devonianum 云南龙陵 FJ384735
29 球花石斛 D.thysiflorum 云南思茅 FJ384733
30 翅梗石斛 D.trigonopus 云南思茅 FJ384741
31 鼓槌石斛 D.chrysotoxum 云南思茅 FJ384736
32 兜唇石斛 D.aphylumLaos 老挝 FJ428219
33 杯鞘石斛 D.gratiosisimum 缅甸 FJ384737
34 黑毛石斛 D.wiliamsoni 云南龙陵 FJ428220
室温下放置 30min沉淀 DNA,然后 5000r·
min-1离心10min,轻轻倒掉乙醇,用70%的乙醇
清洗 DNA2次,倒掉残留的乙醇,操作过程动作
要轻缓,在室温下将 DNA干燥,然后用50μLTE
溶解 DNA。用 07%的琼脂糖凝胶进行电泳检
测,并经 EB(溴化乙锭)染色后,在凝胶成像系统
(UVPGDS8000)上观测其纯度并判断 DNA分
子的大小及一致性。
2.2 PCR扩增 根据 Emmanuel等[8]对兰科植物
ITS区的研究,设计了一对用于石斛属 rDNAITS区
的扩增引物P1或P2,P1为5′CGTAACAAGGTTTC
CGTAGGTGAAC3′,位于 18S上,P2为 5′TTATT
GATATGCTTAAACTCAGCGGG3′,位于 26S上。由
P1,P2可扩增出完整的 ITS序列。引物由上海英骏
生物公司合成。PCR扩增反应在 25μL体系中
完成。
反应体系:灭菌ddH2O159μL,10×Bufer25
μL,MgCl215mmol·L
-1,dNTP2μL,随机引物2
μL,模板1μL,TaqDNA聚合酶01μL,DNA模板约
50ng。
扩增程序:94℃预变性3min,94℃变性30s,
56℃退火45s,72℃复性1min,共30个循环后,72
℃延伸 7min补齐,以 ddH2O代替 DNA作空
白对照。
PCR产物纯化:PCR产物用AXYGEN试剂盒纯
化,按试剂盒的操作步骤进行。
DNA序列测定:采用 PCR产物直接测序法,由
上海英骏生物技术有限公司完成测序。
2.3 数据的处理 DNA序列的排序用 BioEdit软
件完成,使用 MEGA40分子进化遗传分析软件分
析各样品序列间的差异百分率和转换/颠换数。用
UPGMA法构建分子系统树,系统树各分支的置信度
用自举检验法(bootstraptest)检验,共进行2000次
循环,以评价各分支的系统学意义与可靠性。
3 结果与讨论
3.1 ITS1与ITS2序列的长度与变异 根据兰科近
缘 种 类 群 已 报 道 的 序 列 资 料 (GenBank
AF3117761,AF362038,AF3620461,EU8407071)
确定核糖体DNA内转录间隔区ITS1和ITS2与3个
编码区18S,58S和26S的界限。外类群密花石豆
兰,为兰科石豆兰属植物。其中,A占碱基总数的
239%,T占226%,C占241%,G占294%。转
换率为K1=331,颠换率为 K2=13456,总的碱基
替换率为R=4159。
石斛各类群间在ITS1与 ITS2序列长度上较为
接近,ITS1长度为 228~234bp,GC为 457% ~
530%,变异位点 167个,占总位点 6734%,信息
位点106个,占总位点4274%;ITS2长度为241~
247bp,GC为448% ~557%,变异位点165个,
占总位点 6627%,信息位点 115个,占总位点
4618%。而密花石豆兰 ITS1长度为 236,237,GC
为 543%,548%;ITS2长度为 245,GC均为
616%,见表2。由此可见,石斛属植物ITS2序列的
趋异性比ITS1强。
3.2 石斛种内各居群间和种间的遗传距离 铁皮
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表2 ITS1和ITS2的长度及GC含量
No.
长度/bp
ITS1 ITS2
GC/%
ITS1 ITS2
总长度
/bp
1 236 245 543 616 644
2 237 245 548 616 645
3 231 242 506 504 636
4 231 242 506 504 636
7 231 242 506 504 636
8 231 242 506 504 636
9 231 242 506 504 636
10 231 242 506 504 636
11 230 245 482 551 638
12 230 245 482 547 638
13 231 242 507 534 636
14 231 242 506 529 636
15 231 242 506 534 636
16 228 243 526 498 636
17 231 244 493 512 638
18 231 244 493 508 638
19 231 244 493 508 638
20 233 244 506 500 640
21 231 244 497 518 638
22 228 243 526 498 634
23 231 242 502 500 636
24 231 246 433 448 640
25 229 245 476 514 637
26 233 241 515 515 637
27 228 247 478 497 640
28 234 244 445 488 641
29 231 247 493 531 641
30 234 247 530 506 644
31 234 245 526 551 642
32 232 244 457 525 639
33 227 246 516 545 636
34 230 247 535 523 640
石斛浙江、云南、贵州居群间碱基差异为0。细叶石
斛万源居群和成都居群间相差1个碱基,都在ITS2。
金钗石斛贵州和夹江居群无差异,与云南居群有2个
碱基差异,都在 ITS1,相差08%。叠鞘石斛居群间
碱基差异度为109%,夹江居群间有2个碱基差异,
夹江居群和彭州居群间的差异为3个碱基,夹江居群
与云南居群碱基差异为26个碱基差异,相差125%,
云南居群与彭州居群为23个,相差359%。
石斛属植物与外类群石豆兰属间的遗传距离为
0295,其形态相近,市场上常混作商品石斛。石斛
各种间的平均遗传距离为0142,铁皮石斛组培苗
与野生种间的 ITS序列一致,没有发生变异。各居
群间也没有变化,可能因为铁皮石斛的分布范围跨
度较小,大多分布于云南、广西、贵州等省。铁皮石
斛与曲茎石斛的遗传距离最近为0003,金钗石斛
与铁皮石斛和曲茎石斛间的遗传距离为0060。梳
唇石斛与齿瓣石斛间的遗传距离最远为0363,其
次,梳唇石斛与鼓槌石斛和束花石斛之间的遗传距
离为0333。金钗石斛各居群间的平均遗传距离为
0002。叠鞘石斛夹江和彭州居群间的平均遗传距
离为0002,云南居群与夹江和彭州居群差异较大,
与夹江居群间的遗传距离为0037,与彭州居群间
的遗传距离为0036,碱基相差125%共26个。细
叶石斛各居群间的遗传距离为0002。可见,属间
的遗传距离大于种间的遗传距离,而种间的遗传距
离又大于种内不同居群间的遗传距离。
3.3 对待检种进行鉴别 石斛属植物与石豆兰属
的植物分化十分明显,各自为一单系树,见图1,来
自石斛属的32个序列可以分为3支,A支为石斛
组,包括铁皮石斛、曲茎石斛、金钗石斛、叠鞘石斛、
串珠石斛、杯鞘石斛、束花石斛、兜唇石斛、长苏石
斛、细叶石斛、鼓槌石斛、密花石斛;B支为黑毛组:
翅梗石斛、黑毛石斛、球花石斛、齿瓣石斛;C支为草
叶组梳唇石斛,这与我国植物学家吉占和[10]等出版
的《中国植物志》的分类基本一致,不同的是他们将
鼓槌石斛和球花石斛分在了顶叶组,将齿瓣石斛分
在了石斛组。
图1 根据34份材料的ITS序列构建的UPGMA
分子系统树
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4 小结
传统分类上的叠鞘石斛为石斛属的一个变种,
本实验中所做的夹江居群和彭州居群遗传距离较
近,碱基差异仅为3个,但是与云南居群间的差异较
远,碱基差异数达到了26个,相差125%。通过在
GenBank比对也能得出叠鞘石斛有2种 ITS序列的
碱基差异很大,结果显示,可能传统分类上归为一类
的叠鞘石斛,从ITS序列分析来看,两者可能在分子
水平上列为2个种较为合适,当然,这还需要进一步
的研究证据。
[参考文献]
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DNAmolecularidentificationofHerbaDendrobiandits
adulterantspeciesbasedonITSsequenceanalysis
LIUJing1,2,HETao1,CHUNZe1
(1.ChengduInstituteofBiology,ChineseAcademyofSciences,Chengdu610041,China;
2.GraduateUniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)
[Abstract] ToidentifyHerbaDendrobianditsadulterantspeciesonmolecularlevel,therDNAITSsequencesof17speciesof
HerbaDendrobiwerestudied.GenomicDNAofDendrobiumwasextractedusingthemodifiedcetyltrimethylammoniumbromide
(CTAB)method.ThePCRproductsoftherDNAITSsequencesofDendrobium(32materials)werepurifiedandthensequenced.The
characteristicofthesequencesandthegeneticdistancewerecomparedbetweenBulbophylumodoratisimumandDendrobium,Den
drobiuminterspeciesanddiferentpopulations.PhylogenetictreeswereconstructedusingtheUPGMAmethodbythebiologysoftwares
includingBioEdit,MEGA4.0etc.ThePCRproductswerepurifiedandthensequenced.ItwasbuiltupthatthedatabaseofrDNAITS
sequencesof17speciesofHerbaDendrobi(32materials).TheITS1was228234bp,theGCcontentaccountingfor45.7%
53.0%.Itsvariablesiteswere167,accountingfor67.34%.TheParsimInformativepositionswere106,accountingfor42.74%.
TheITS2was241247bp,theGCaccountingfor44.8%55.7%.Thevariablesiteswere165,accountingfor66.27%.TheParsim
Informativepositionswere115,accountingfor46.18%.ThegeneticdistancebetweenB.odoratisimumandDendrobiumwas0.295.
Theaveragegeneticdistancewas0.142betweenDendrobiumspecies,andtherewere2156variablenucleotides.Theaveragegenetic
distancebetweendiferentpopulationswas0.002,andtherewere2156variablenucleotides.ThegeneticdistancebetweenB.odorati
simumandDendrobiumwasgreaterthanthatofDenrobiuminterspecies.Meanwhile,thegeneticdistancebetweenDenrobiumspecies
wasalsogreaterthanthatofdiferentpopulations(varieties).ThemolecularphylogenytreewasconstructedonthedatabaseofrDNA
ITSthesequencesof17speciesofHerbaDendrobiusingthebiologysoftwares.Then10materialsonmolecularlevelwereauthentica
ted.Itisconcludedthatusingofthewholesequencesdatabaseof17speciesofHerbaDendrobiandheredityanalysissoftwares,and
measuringthesequencesofrDNAITSoftheinspectedspecies,canauthenticatetheDendrobiumonmolecularlevel,andprovidebasis
formolecularauthentication.
[Keywords] Dendrobium;ITSsequence;molecularidentification
[责任编辑 吕冬梅]
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