全 文 :ITS序列鉴定西红花与其易混中药材
车 建,唐 琳,刘彦君,何 玮,陈 放
(四川大学 生命科学学院,四川 成都 610064)
[摘要] 目的:通过研究比较西红花与其易混中药材 ITS序列的差异和规律,建立西红花与其易混药材之间
的分子鉴别方法。方法:从正品西红花以及番紫花2个园艺品种中提取总DNA,用ITS序列通用引物扩增,扩增产
物克隆测序;从GenBank中获得莲须、菊花、玉米、红花的ITS序列。结果:测得西红花以及番紫花2个园艺品种的
ITS全长序列,总长度分别为 658,634,633bp,包括 ITS1,58S和 ITS2区,GenBank注册登记号为 DQ094185,
DQ224363,DQ224364。西红花和番紫花2个园艺品种的 ITS序列相似性均高于91%;番紫花2个园艺品种之间
ITS序列的相似性高达9984%;比较ITS1区序列,正品西红花与其易混中药材的差异性均在46%以上;比较ITS2
区序列,正品西红花与其易混中药材的差异性均在41%以上。结论:根据ITS序列特征,能有效区分西红花和其他
易混中药材。ITS序列是正品西红花鉴定的有效的分子标记。
[关键词] 西红花;ITS序列;中药鉴定
[中图分类号]S567 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2007)08066804
[收稿日期] 20051114
[基金项目] 四川省应用基础研究计划资助项目(03
TY0290902)
[通讯作者] 唐琳,Tel/Fax:(028)85417281,Email:tanglin
@scueducn
西红花 CrocussativusL系鸢尾科番红花属植
物,具有很强的活血化瘀和散郁开结的功效[1]。其
疗效可靠,货源稀少,价格高昂。市场上常见伪品及
掺伪品有:菊科植物菊花 Chrysanthemumchaneti;
莲须———睡莲科植物莲 NelumbonuciferaGaertn的
干燥雄蕊经染色而成;禾本科植物玉米ZeamaysL
的须染色;菊科植物红花 GarthamustinctoriusL染
色制作的伪品等。
番紫花Crocusvernus,鸢尾科番红花属植物,别
名春番红花。作为和西红花同属的近缘园艺品种,
番紫花的植株形态和西红花相近,根据形态、组织特
征和理化性质等常规方法难以区分。
ITS序列存在于高度重复的核糖体 DNA中,是
高度重复的串联序列单位,具位点内或位点间的协
同进化。被子植物 ITS区长度较稳定,总长度为
600~700bp,易于测序。因此,ITS适用于科以下,
特别是属、种的亲缘关系与分类鉴别研究[24]。本实
验旨在通过对西红花的 ITS序列进行测序,将其与
各种易混中药材的 ITS序列进行比较分析,为西红
花的正品鉴定提供分子依据。
1 材料和方法
11 材料 正品西红花Csativus采自四川大学生
命科学学院种植基地;番紫花 2个园艺品种
(Cvernuswhite和Cvernuspurple),从荷兰引种,其
中Cvernuswhite开白色花,Cvernuspurple开紫色
花。材料均由四川大学唐琳副教授提供并鉴定。
12 总 DNA提取 用 CTAB法提取总 DNA[57]。
西红花以及番紫花园艺品种在实验的过程当中,采
取单个个体和同种4~7个个体混合后取样相结合
的策略来提取总DNA,以期能有效的检查出种内的
个体差异,消除实验误差产生的不利影响,从而保证
实验数据的稳定性和可靠性。
13 ITS的扩增、纯化、测序 扩增ITS序列引物依
据文献[8]设计,引物序列为:引物 ITS15′AGA
AGTCGTAACAAGGTTTCCGTAGG3′,引物ITS4
5′TCCTCCGCTTATTGATATGC3′。扩增程序
为:94℃预变性8min,94℃ 1min,57℃ 2min,72
℃ 3min,循环36次,最后72℃ 10min。反应体系
为:50μL反应体积含各5μL(2μmol·L-1)的引
物ITS1和ITS4,02μLTaq酶(5U·μL-1),5μL
10×bufer(25mmol·L-1MgCl2),5μL的 dNTP
(25mmol·L-1)及10~25ng模板,加水至50μL。
PCR产物经纯化克隆后测序。
测序采用ITS序列测定的通用引物测序,上游
·866·
第32卷第8期
2007年4月
中 国 中 药 杂 志
ChinaJournalofChineseMateriaMedica
Vol.32,Issue 8
April,2007
引物为 a:5′GGAAGTAAAAGTCGTAACAAGG3′,下
游引物为 d:5′TCCTCCGCTTATTGATATGC3′。为
了保证序列测定的精度,除了用a和 d以外,尚用 b
和c分别进行逆向测序(序列b:5′GCTACGTTCTTC
ATCGATGC3′;序列c:5′GCATCGATGAAGAACGT
AGC3′)。
14 西红花及其易混中药材ITS序列分析[7,9] 本
研究测得正品西红花以及番紫花2个园艺品种(C
vernuswhite和Cvernuspurple)的ITS全序列,包含
ITS1,58S区和 ITS2,18S片段和 26S片段已被删
除。所测得的序列用软件ClustalX(181)进行同源
排序,必要时用手工排序;用 Mage30对序列特征
进行分析统计。其所有序列的注册登记号及序列特
征分析见表1。
表1 各物种ITS序列特征及GenBank登录号
物种名
ITS ITS1 58S ITS2
长度 G+C 长度 G+C 长度 G+C 长度 G+C
注册登记号
番紫花Cvernusw 634 594 236 602 164 567 234 607 DQ224364
番紫花Cvernusp 633 594 235 596 164 567 234 607 DQ224363
西红花Csativus 658 601 260 589 164 567 234 641 DQ094185
菊花Chrysanthemumchaneti 641 521 255 506 164 542 222 523 AF314596
莲Nelumbonucifera 637 521 254 557 164 536 219 466 AF136290
玉米Zeamays 597 677 213 704 164 567 220 732 AF019817
红花Garthamustinctorius 254 540 AF140458
红花Gtinctorius 214 540 AF140459
注:G+C为序列的GC含量
2 结果
21 ITS序列全长比较 比较 ITS全长序列,发现
西红花和番紫花2个园艺品种的相似性较高,西红
花和Cvernusw总共排序成对的632对碱基中有
582对碱基相同,西红花和Cvernusp共631对碱基
中有580对碱基相同,相似性均高于90%;2个园艺
品种之间的相似性更是高达9984%,仅 Cvernusp
在ITS1区有1个碱基的缺失和1个颠换替代(C→
A)。西红花与其易混药材 ITS序列差异较大,故将
ITS1区和ITS2区分别比较。
22 58S区比较 西红花、Cvernusw和
Cvernusp的58S区序列完全一致;西红花与其易
混药材菊、莲、玉米的58S区长度均为164bp,相似
性分别为9207%,9141%,9146%。见表2。
表2 西红花、菊花、莲和玉米58S区的碱基对频率
物种 相同碱基 转换替代 颠换替代 总碱基对
菊花 151 9 4 164
莲 149 7 7 163
玉米 150 10 4 164
23 西红花与其易混药材的 ITS1区、ITS2区的比
较 西红花与菊、莲、玉米和红花的 ITS1区差异较
大,相似性较低。其中,和玉米的相似性最大,在总
共排序成对的208对碱基中有111对相同碱基,相
似性为5337%;和莲的相似性最小,在总共排序成
对的243对碱基中仅有95对相同碱基,相似性仅为
3909%。见表3。
表3 西红花、菊花、莲、玉米和红花ITS1区的碱基对频率
物种 相同碱基 转换替代 颠换替代 总碱基对
菊花 115 47 75 237
莲 95 75 73 243
玉米 111 41 56 208
红花 114 52 81 247
比较西红花与其易混药材的ITS2区序列,发现
西红花和玉米的相似性最高,在总共排序成对的
203对碱基中有 118对相同碱基,相似性也仅为
5813%。见表4。
表4 西红花、菊花、莲、玉米和红花ITS2区的碱基对频率
物种 相同碱基 转换替代 颠换替代 总碱基对
菊花 107 49 43 199
莲 102 44 48 194
玉米 118 35 50 203
红花 94 50 69 213
24 西红花的鉴定 从各物种ITS序列的排列中,
可以很清楚地看到有许多碱基的缺失和替代,尤其
在ITS1区和 ITS2区,西红花与其易混药材菊、莲、
玉米和红花均存在相当多的转换替代和颠换替代,
比如西红花在209bp处就有一段长达16个碱基的
特有片段等,这为西红花的鉴定提供了有效和丰富
的信息位点。
通过测序后相似性的比较和序列的比对分析,
能够区分开西红花与其园艺品种,更能准确鉴定西
·966·
第32卷第8期
2007年4月
中 国 中 药 杂 志
ChinaJournalofChineseMateriaMedica
Vol.32,Issue 8
April,2007
红花与其易混中药材,研究结果表明 ITS序列是鉴
定正品西红花的有效的分子标记。
3 讨论
31 用ITS序列鉴定西红花 ITS序列等分子标记
是直接根据生物DNA的多态特征,通过序列对比分
析得到相当稳定的信息位点,结果更为客观和准确。
测序鉴别的成功与否与引物的选择密切相关,
所选用的引物必须灵敏,才能检测出亲缘关系较近
的物种。从报道和相关文献来看,ITS序列,种内的
差异小于1%[8],种间差异值为12% ~102%,属
间差异值为96% ~288%[10]。从测序结果看:番
紫花2个园艺品种之间的 ITS序列高度相似,相似
性为9984%。番紫花2个园艺品种与同属的西红
花相比有较大的差异,其序列差异分别为791%和
808%。西红花与其易混中药材的ITS序列之间则
有相当丰富的碱基缺失和变异位点。西红花与其易
混中药材在分类学上属于不同的科,其中和玉米的
ITS2区相似性最大,也仅为5813%。可见,ITS序
列既能够区别西红花和其他易混中药材,在种内又
是保守的,同时能够很灵敏检测出亲缘关系较近的
物种。本实验在实现了ITS序列鉴别正品西红花的
同时,也再次验证了 ITS序列非常适用于种以上遗
传进化分析。结果表明所选择的引物是合适的。
32 西红花rDNAITS区序列特征 由于GenBank
中没有西红花以及同属植物的rDNAITS序列登录,
因此西红花以及2个园艺品种ITS序列的起始端和
终点参考了 GenBank中和西红花同属于鸢尾科植
物的 ITS序 列,其 GenBank 注 册 登 记 号 有
AF130830,AF488751,AF488752等。并用类似方
法[11]对玉米的 ITS序列进行了重新分区。得到西
红花ITS序列全长658bp,CvernuswITS序列全长
634bp,CvernuspITS序列全长633bp,均包含完整
的ITS1,ITS2和58S区,其中58S区均为164bp,
GC的含量为567%。
33 西红花rDNAITS区序列特有指纹的应用 西
红花ITS序列有非常丰富的碱基缺失和变异位点,
可以为真伪鉴定提供大量的信息位点。在具体应用
当中,可以通过寻找以特异位点为靶序列的限制性
内切酶,进行酶切,或者通过设计针对特异位点的专
门引物,作特异性PCR扩增等办法简化鉴定程序。
[参考文献]
[1] 中国科学院中国植物志编辑委员会中国植物志[M]第16
卷北京:科学出版社,1999:122
[2] 李隆云,钟国跃,卫莹芳,等DNA分子标记及其在中药中
的应用[J]中国中医药科技,2002,9(5):315
[3] 王建波,张文驹,陈家宽核 rDNA的 ITS序列在被子植物
进化研究中的应用[J]植物分类学报,1999,37(4):407
[4] BaldwinBG,SandersonMJ,PorterJM,etalTheITSregion
ofnuclearribosomalDNA:Avaluablesourceofevidenceonangi
ospermphylogeny[J]AnnMissouriBotGard,1995,82(2):
247
[5] WENJ,ZIMMEREAPhylogenyandbiogeographyofPanaxL
(theginsenggenus,Araliaceae):InferencesfromITSsequences
ofnuclearribosomalDNA[J]MolPhylogenetEvol,1996,6:
166
[6] 郭宝林,李家实,阎玉凝中药材 DNA分子标记研究的技
术问题Ⅰ[1]植物药基因组 DNA的提取[J]中草药,
2000,31(12):951
[7] 邹喻苹,葛 颂,王晓东系统与进化植物学中的分子标记
[M]北京:科学出版社,2001:16
[8] 曾 明,马雅军,郑水庆,等中药葛根及其近缘种的 rD
NAITS序列分析[J]中国药学杂志,2003,38(3):173
[9] CerbahM,SouzaChiesT,JubuerMF,etalMolecularphylog
enyofthegenushypochaerisusinginternaltranscribedspacersof
nuclearrDNA:inferenceforchromosomalevolution[J]MolBiol
Evol,1998,15:345
[10] 屈良鹄,陈月琴生物分子分类检索表———原理与方法[J].
中山大学学报(自然科学版),1999,38(1):1
[11] 沈 洁,丁小余,张卫明,等花椒及其混淆品的 rDNAITS
区序列分析与鉴别[J]药学学报,2005,40(1):80
MolecularidentityofCrocussativusanditsmisusedsubstitutesbyITSsequence
CHEJian,TANGLin,LIUYanjun,HEWei,CHENFang
(ColegeofLifeScience,SichuanUniversity,Chengdu610064,China)
[Abstract] Objective:TofindthepaternsoftherDNAITSsequencevariationofCrocussativus,Chrysanthemumchaneti,Ne
lumbonucifera,ZeamaysandGarthamustinctoriusandtoestablishthemolecularbiologicalmethodfortheidentificationofCsativus
·076·
第32卷第8期
2007年4月
中 国 中 药 杂 志
ChinaJournalofChineseMateriaMedica
Vol.32,Issue 8
April,2007
andtheothersMethod:AfterthetotalDNAofCrocussativus,CvernuswandCvernuspwereextracted,theITSsequencewasam
plifiedbyPCRwithuniversalprimerofITSandPCRproductwassequencedafterpurificationandcloningTheITSsequencesofChrys
anthemumchaneti,Nelumbonucifera,ZeamaysandGarthamustinctoriuswereobtainedfromGenBankResult:ThecompleteITSse
quenceofCrocussativus,CvernuswandCvernusp,includingITS1rDNA,58SrDNA,ITS2rDNAweremeasuredTheGenBank
accessionNowasDQ094185,DQ224363andDQ224364respectivelyThesimilarityofITSsequencebetweenCsativusandthetwo
gardenspeciesofCvernuswasabove91%;theidentitywas9984% betweenCvernuswandCvernuspTherangeofdiversity
betweenCsativusandotherherbswasabove46% basedonITS1andabove41% basedonITS2Conclusion:Csativuscanbedistin
guishedfrommisusedsubstitutesbytheITSsequenceTheITSsequenceisanavailablemolecularmarkerforidentificationoftheC
sativus
[Keywords] Crocussativus;ITSsequence;Chinesetraditionalmedicineidentification
[责任编辑 张宁宁]
不同来源莲 rDNAITS的 PCR扩增、克隆及序列分析
林 珊1,2,郑伟文2,吴锦忠1,周莉娟2,宋亚娜2
(1福建中医学院 药学系,福建 福州 350003;
2福建省农业科学院 生物技术研究所,福建 福州 350003)
[摘要] 目的:通过分析不同来源莲的ITS序列,为莲的鉴别提供 DNA分子标记。方法:利用特异性引物进
行PCR扩增和克隆、测序技术对莲的rDNAITS区间碱基序列进行测定,比较其差异。结果:得到参试的11个莲栽
培品种的rDNA的ITS及58SrDNA全序列,18S和26SrDNA部分序列,共约750bp。显示了不同产地、不同栽培
品种莲的rDNAITS的差异。结论:本研究为利用ITS区序列差异,鉴别不同来源的莲提供了依据,此法可用于莲种
间及真伪品鉴别。
[关键词] 分子鉴定;莲;ITS序列;序列分析
[中图分类号]S567 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2007)08067105
[收稿日期] 20060407
[基金项目] 福建省科技重大项目(2002Y006);福建省科技项
目(2004Y007,2001Z026)
[通讯作者] 郑伟文,Email:bcfaas01@hotmailcom
莲NelumbonuciferaGaertn为睡莲科多年生大
型水生草本植物,经过长期的人工繁育,莲已形成了
籽莲、花莲和藕莲三大品系,种质资源相当丰富。莲
的分布较广,且栽培历史悠久,形成较多的栽培品
种。道地品种有湖南的湘莲、江西的赣莲、福建的建
莲和浙江的宣莲。随着种质资源的开发利用,不同
栽培品种莲的道地产区除栽培本地的传统品种外,
还有新培育品种如杂交莲和太空莲等。众多栽培品
种的混合种植,势必会影响莲的道地性和质量稳定
性。另外,莲的栽培品种中大多数的表型性状易受
环境影响,因此,以形态特征为基础的种质资源鉴定
的准确性已受到质疑。
近年来,分子标记技术和DNA指纹分析技术的
迅猛发展及其在农作物种质鉴定上的广泛应用,为
揭示药用植物的遗传差异和鉴定中药材品种的道地
性提供了新的方法和手段,其中核糖体 DNA(即
nrDNA)ITS区(包括 ITS1,58S和 ITS2)序列已
被广泛的用于植物属内、近缘属间等的系统发育分
析[15]。许多学者应用分子生物学方法对莲进行研
究,如 RAPD,AFLP,ISSR,FISH等技术[69]。在 ITS
序列方面,有刘艳玲等对睡莲类植物 ITS序列分子
系统发育的研究[1012],但并未对序列差异进行分
析。本研究对不同来源的11个莲品种,采用 PCR
扩增以及测序技术进行了 rDNAITS区序列的测定
与分析,从分子水平比较了不同地区莲的差异,为莲
的种质资源道地性的鉴定、质量控制以及莲的 GAP
·176·
第32卷第8期
2007年4月
中 国 中 药 杂 志
ChinaJournalofChineseMateriaMedica
Vol.32,Issue 8
April,2007