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Molecular identity of Crocus sativus and its misused substitutes by ITS sequence

ITS序列鉴定西红花与其易混中药材



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 ITS1,58S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9984%;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]10015302(2007)08066804
[收稿日期] 20051114
[基金项目] 四川省应用基础研究计划资助项目(03
TY0290902)
[通讯作者] 唐琳,Tel/Fax:(028)85417281,Email:tanglin
@scueducn
  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[24]。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
11 材料 正品西红花Csativus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
(Cvernuswhite和Cvernuspurple),从荷兰引种,其
中Cvernuswhite开白色花,Cvernuspurple开紫色
花。材料均由四川大学唐琳副教授提供并鉴定。
12 总 DNA提取 用 CTAB法提取总 DNA[57]。
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。
13 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
AGTCGTAACAAGGTTTCCGTAGG3′,引物ITS4
5′TCCTCCGCTTATTGATATGC3′。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ITS4,02μLTaq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
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引物为 a:5′GGAAGTAAAAGTCGTAACAAGG3′,下
游引物为 d:5′TCCTCCGCTTATTGATATGC3′。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
ATCGATGC3′;序列c:5′GCATCGATGAAGAACGT
AGC3′)。
14 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
vernuswhite和Cvernuspurple)的ITS全序列,包含
ITS1,58S区和 ITS2,18S片段和 26S片段已被删
除。所测得的序列用软件ClustalX(181)进行同源
排序,必要时用手工排序;用 Mage30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 58S 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Cvernusw 634 594 236 602 164 567 234 607 DQ224364
番紫花Cvernusp 633 594 235 596 164 567 234 607 DQ224363
西红花Csativus 658 601 260 589 164 567 234 641 DQ094185
菊花Chrysanthemumchaneti 641 521 255 506 164 542 222 523 AF314596
莲Nelumbonucifera 637 521 254 557 164 536 219 466 AF136290
玉米Zeamays 597 677 213 704 164 567 220 732 AF019817
红花Garthamustinctorius   254 540     AF140458
红花Gtinctorius       214 540 AF140459
  注:G+C为序列的GC含量
2 结果
21 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Cvernusw总共排序成对的632对碱基中有
582对碱基相同,西红花和Cvernusp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9984%,仅 Cvernusp
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。
22  58S区比较   西红花、Cvernusw和
Cvernusp的58S区序列完全一致;西红花与其易
混药材菊、莲、玉米的58S区长度均为164bp,相似
性分别为9207%,9141%,9146%。见表2。
表2 西红花、菊花、莲和玉米58S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
23 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5337%;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
3909%。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
5813%。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
24 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
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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
31 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12% ~102%,属
间差异值为96% ~288%[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9984%。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791%和
808%。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5813%。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。
32 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,CvernuswITS序列全长
634bp,CvernuspITS序列全长633bp,均包含完整
的ITS1,ITS2和58S区,其中58S区均为164bp,
GC的含量为567%。
33 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]
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MolecularidentityofCrocussativusanditsmisusedsubstitutesbyITSsequence
CHEJian,TANGLin,LIUYanjun,HEWei,CHENFang
(ColegeofLifeScience,SichuanUniversity,Chengdu610064,China)
[Abstract] Objective:TofindthepaternsoftherDNAITSsequencevariationofCrocussativus,Chrysanthemumchaneti,Ne
lumbonucifera,ZeamaysandGarthamustinctoriusandtoestablishthemolecularbiologicalmethodfortheidentificationofCsativus
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andtheothersMethod:AfterthetotalDNAofCrocussativus,CvernuswandCvernuspwereextracted,theITSsequencewasam
plifiedbyPCRwithuniversalprimerofITSandPCRproductwassequencedafterpurificationandcloningTheITSsequencesofChrys
anthemumchaneti,Nelumbonucifera,ZeamaysandGarthamustinctoriuswereobtainedfromGenBankResult:ThecompleteITSse
quenceofCrocussativus,CvernuswandCvernusp,includingITS1rDNA,58SrDNA,ITS2rDNAweremeasuredTheGenBank
accessionNowasDQ094185,DQ224363andDQ224364respectivelyThesimilarityofITSsequencebetweenCsativusandthetwo
gardenspeciesofCvernuswasabove91%;theidentitywas9984% betweenCvernuswandCvernuspTherangeofdiversity
betweenCsativusandotherherbswasabove46% basedonITS1andabove41% basedonITS2Conclusion:Csativuscanbedistin
guishedfrommisusedsubstitutesbytheITSsequenceTheITSsequenceisanavailablemolecularmarkerforidentificationoftheC
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58SrDNA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]10015302(2007)08067105
[收稿日期] 20060407
[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,Email:bcfaas01@hotmailcom
  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 ITS1,58S和 ITS2)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[15]。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[69]。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[1012],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
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