全 文 :山西大学学报(自然科学版)37(3):434-438,2014
Journal of Shanxi University(Nat.Sci.Ed.)
文章编号:0253-2395(2014)03-0434-05
* 远志属腊叶标本DNA提取方法研究
樊杰,申飞翔,何益,马全级,箫迪,白妍,束明月
(山西中医学院,山西 太原030024)
摘 要:以远志属植物腊叶标本为例,研究如何从植物腊叶标本中提取到高质量的DNA。在改良CTAB法的基础
上,对水浴时间、水浴温度、沉淀时间进行优化。结果表明,降低水浴温度为45℃,延长水浴时间为5-6h,延长沉
淀时间为1-2h,可以从远志属腊叶标本中提取到用于PCR反应的DNA。
关键词:远志属;腊叶标本;DNA提取;改良CTAB法
中图分类号:Q946 文献标志码:A DOI:10.13451/j.cnki.shanxi.univ(nat.sci.).2014.03.022
Study on DNA Extraction from Herbarium Specimens of Genus Polygala
FAN Jie,SHEN Feixiang,HE Yi,MA Quanji,XIAO Di,BAI Yan,SHU Mingyue
(College of Chinese Medicine,Shanxi University of Traditional Chinese Medicine,Taiyuan030024,China)
Abstract:It is difficult to extract high quality DNA from plant spcimens due to DNA degradation and sec-
ondary metabolites.As for genus Polygala,how to extrct enough DNA for PCR reaciton is a primary prob-
lem.Based on improved CTAB metheod,links of experiment including water bath time and temperature,
precipitation time,et al.,were optimized.The results showed that low temperature water bath at 45℃for
a somewhat long time for 5-6hand a appropriate prolonged precipitation for 1-2hours can extract DNA
for PCR reaction fromPolygalaspecimens.
Key words:Polygala L.;specimens;DNA extraction;improved CTAB method
植物DNA提取一般使用新鲜叶片或硅胶干燥叶片。近些年来,植物的腊叶标本也成为重要的DNA提
取材料,但一直存在提取DNA质量差的问题[1-3]。一方面由于腊叶标本制作过程中的高温和(或)化学试剂
造成了腊叶标本DNA的严重降解,同时使标本中次生代谢物增多;后期的长期常温存放也有影响[1,4-5]。另
一方面是植物类群本身的原因,如药用植物,它们含有丰富次数代谢物,其中多酚,多糖类会影响DNA提
取[2-6]。针对以上问题,已有研究大多集中在如何去除杂质[1,4-5]。最近的研究集中在存放不同年代的植物腊
叶标本的 DNA 提取上,一般越古老的标本提取 DNA 的困难越大,特别是如何增加 DNA 提取量的问
题[2,6]。
远志属(Polygala)是一个世界大属,约500种,我国有42种8变种[7-8],其中药用22种[9]。为了研究我
国远志属的分子系统关系,我们首先提取该属材料的DNA。该属部分种的DNA提取材料为腊叶标本,我
们用改良CTAB法[14]无法提取到满足后续PCR反应的 DNA。远志属主要含有皂苷、口山酮、寡糖酯
类[9-13],对DNA提取基本不造成影响,本研究以这些材料为对象,研究如何从不同存放年代的腊叶标本中提
取到高质量的DNA。
* 收稿日期:2014-02-10;修回日期:2014-03-04
基金项目:山西省自然科学基金(2012011034-2);山西中医学院博士科研启动基金(2014);山西中医学院创新团队项目
作者简介:樊杰(1972-),女,山西襄汾人,讲师,博士,研究方向:中药资源学。E-mail:fanjie6789@163.com
1 材料与方法
1.1 材料
本研究DNA提取材料均为腊叶标本叶片材料,均取自中国科学院植物研究所标本馆(PE),详见表1。
表1 样品来源
Table 1 Sample sources
序号
Number
种 名
Species
采集地
Location
保存方法(常温)及保存时间(年)
Storage method and time
(normal temperature)(years)
凭证标本
Voucher specimens
1 Bredemeyera floribunda Wild.
巴拉圭
Paraguay
12 01504069(PE)
2
华南远志
Polygala glomerata Dunn
河南新县
Xinxian,Henan
31 01853570(PE)
3
黄花倒水莲
Polygala fallax Hemsl.
江西安福
Anfu,Jiangxi
50 00630542(PE)
4
远志
Polygala tenuifolia Wild.
陕西绥德
Suide,Shaanxi
59 00631932(PE)
5
荷包山桂花
Polygala arillata Buch.-Ham.ex D.Don
云南宾川
Binchuan,Yunnan
67 00630239(PE)
6
红花远志
Polygala tricholopha Chodat
海南铜甲
Tongjia,Hainan
81 00744004(PE)
PE,中国科学院植物所标本馆
1.2 方法
1.2.1 DNA提取方法
在常用的改良CTAB法[14]基础上,主要从水浴温度和水浴时间环节入手,同时考虑其他环节,如CTAB
浓度、沉淀时间等[2-3](表2)。主要过程为:取0.1g腊叶标本叶片材料,加0.01gPVP,并在提前-20℃预
冷的研钵中迅速研磨至粉状后,迅速转移到预热至水浴温度的提前加入7μLβ-巯基乙醇的CTAB溶液中水
浴,氯仿∶异戊醇(24∶1)抽提2次,加入2/3体积的提前-20℃预冷的异丙醇,轻轻上下颠倒3次,-20℃
放置1~2h,用体积分数70%乙醇清洗2次,晾干后,加入1×TE溶液溶解。
1.2.2 DNA质量检测方法
1.2.2.1 琼脂糖凝胶电泳法
表2 DNA提取步骤的优化实验
Table 2 Optimization of DNA extraction experiment
序号
Number
提取方法
Extraction method
水浴温度(摄氏度)
Water bath temperature
degrees celsius
水浴时间(h)
Water bath time
沉淀时间(h)
Precipitation time
抽提次数
Cil extraction
frequency
CTAB浓度
CTAB
Concentration
1 Im Proved CTAB method 65 0.5~1 0.5 2 2×
2 Im Proved CTAB method 1 65 1 0.5 2 3×
3 Im Proved CTAB method 2 55 5~6 5 2 2×
4 Im Proved CTAB method 3 50 5~6 5 2 2×
5 Im Proved CTAB method 4 45 5~6 5 2 2×
6 Im Proved CTAB method 5 45 5~6 1-2 2 2×
2×:每100mL水溶液中含有2gCTAB(十六烷基三甲基溴化铵)。
2g CTAB(Cetyltrimethyl ammonium bromide)per 100mL water solution
用质量浓度0.8℅的琼脂糖凝胶电泳。取5μLDNA样品,加3μL上样缓冲液混匀后,加入胶孔内,在
100V电压下电泳40min。
1.2.2.2 PCR扩增及测序检测
PCR扩增片段为ITS和trnL。其引物除参考文献中的引物外[15],对一些PCR没有结果的种类还根据
GenBank中该属已有的序列设计了新引物(见表3),ITS1片段有3个种(华南远志、红花远志和黄花远志),
虽然设计了很多新引物,但PCR未果,所以本文没有这3个种的ITS1引物及序列报道。PCR总体积为
534 樊杰等:远志属腊叶标本DNA提取方法研究
25μL,包括:12.5μL Mix(Takara Premix Taq),10μmol·L
-1引物各0.5μL,0.5~1μL模板(10~50
ng),用灭菌超纯水补足反应体积。trnL扩增程序直接参考文献[15];ITS扩增程序为:94℃,3min;33个
循环:94℃,1min;58℃,1min;72℃,1min 20s;72℃,6min[15]。PCR产物用1%琼脂糖凝胶电泳检测。
PCR产物送华大基因公司测序。
表3 PCR反应中使用的新引物
Table 3 New primers in PCR reactions
序号
Number
引物名称
Primers
扩增片段
PCR fragments
序列(5’-3’)
Sequences
1 ITS2F2 ITS2 cgaaatgcgatacttggtgtgaatt
2 ITS2R2 ITS2 gcttaaactcagcgggtgg
3 ITS2F1 ITS2 gcacgtctgcctgggtgtca
4 ITS2R1 ITS2 tgcatcgcagcgcagtgggt
5 c1 trnL taacaatgggcaatcctg
6 d1 trnL gacttgaaccctcacgat
7 c2 trnL tgagccttggtatggaaa
8 d2 trnL gaatgggactctatctttat
1.2.2.3 核酸测定仪检测
核酸蛋白质测定仪为Eppendorf BioPhotometer plus。除荷包山桂花DNA用灭菌超纯水稀释20倍外,
其余样品均稀释10倍后进行检测。测定的指标主要为:A260/A280,表示 DNA 纯度,A260/A280 在
1.8-2.0之间表示无蛋白质污染;DNA含量,单位为μg·mL
-1。
2 结果与分析
2.1 基因组DNA电泳分析
在紫外分析仪上观察,腊叶标本提取的DNA均无条带,也无弥散,说明DNA浓度太低,琼脂糖凝胶电
泳失败。
2.2 PCR扩增及测序
除Bredemeyera floribunda外,ITS片段均无法一次完成PCR扩增,所以分为ITS1和ITS2两段扩增。所
有样品用改良CTAB法[14]及改良CTAB法1提取的DNA在PCR扩增后均没有条带;除Bredemeyera flori-
bunda外,用改良CTAB法2、3提取的DNA在PCR扩增后均无结果;除黄花倒水莲和红花远志外,改良CTAB
法4提取的DNA在PCR扩增后在相应位置有条带(华南远志的ITS1片段由于引物问题除外);全部样品用改
良CTAB法5提取的DNA在PCR扩增后在相应位置均有条带且测序成功(华南远志、黄花倒水莲、红花远志
的ITS1片段由于引物问题除外),Blast表明均为远志属序列,GenBank序列号见表4。
表4 本研究获得的GenBank序列号
Table 4 GenBank accession numbers received in this study
序号
Number
种 名
Species
GenBank序列号
GenBank Sequence No.
ITS1 ITS2 trnL
1 Bredemeyera floribunda Wild. KJ462463 KJ462469 KJ462482
2
华南远志
P.glomerata
- KJ462473 KJ462479
3
黄花倒水莲
P.fallax
- KJ462472 KJ462478
4
远志
P.tenuifolia
KJ462464 KJ462470 KJ462476
5
荷包山桂花
P.arillata KJ462465 KJ462471 KJ462477
6
红花远志
P.tricholopha
- KJ462474 KJ462480
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2.3 核酸测定仪检测DNA含量均满足PCR反应,但部分样品纯度不够
用改良CTAB法5提取的DNA其A260/A280值为1.38-2.11,浓度为285.00~2 584.00μg·mL
-1
(见表5)。其中黄花倒水莲的A260/A280值为1.38,说明纯度不够,有蛋白质污染。
表5 改良CTAB法5提取的DNA检测结果
Table 5 Tested results of DNA extracted using improved CTAB5
序号
Number
种 名
Species
保存方法及时间
Storage method(normal temperature)
and time(years)
DNA含量(μg·mL
-1)
PNA Centent
A260/A280
1 Bredemeyera floribunda Wild. 12 304.00 1.98
2
华南远志
P.glomerata
31 386.00 2.11
3
黄花倒水莲
P.fallax
50 285.00 1.38
4
远志
P.tenuifolia
59 650.00 1.98
5
荷包山桂花
P.arillata 67 2 584.00 1.87
6
红花远志
P.tricholopha
81 423.00 2.00
3 讨论
3.1 DNA的纯度问题还是浓度问题
DNA的纯度被认为是腊叶标本提取DNA中的主要问题之一,直接影响到后续的分子操作[1,4-5]。近些
年,由于腊叶标本的差异性,特别是保存多年的腊叶标本,DNA提取的浓度问题受到重视[2-3]。对于远志属,
本研究认为DNA浓度问题是首要问题,在DNA浓度保障的情况下,DNA纯度对后续PCR反应也造成一
定影响,如黄花倒水莲,A260/A280偏低,PCR条带较弱。
3.2 水浴的温度和时间及沉淀时间
腊叶标本染色体中与DNA结合的核蛋白不易分离,需要降低水浴温度并延长水浴时间[2-3],或加入蛋
白酶[3],才能够让足够多的 DNA游离出来。已有的报道中水浴温度范围为55~60℃,水浴时间1-5
h[2-3]。本研究中远志属腊叶标本的水浴温度进一步降低为45℃,水浴至少5h。可以看出,不同植物类群的
腊叶标本,水浴温度和水浴时间需要筛选。
腊叶标本普遍存在DNA降解,DNA片段较短,延长沉淀时间有利于沉淀较多的DNA片段,但同时也
会增加其他物质的沉淀,所以,合理的沉淀时间是关键。有些研究认为长时间的沉淀是腊叶标本DNA提取
的一个重要的环节[1-2,16],如Srkinen et al[1]的沉淀时间长达2周。而我们的研究表明,对于远志属的腊叶
标本而言,1-2h的沉淀时间是最适合的。
3.3 标本的存放时间对腊叶标本DNA提取的影响
一般认为存放时间越久,腊叶标本中DNA降解的越严重;但最近的研究表明其影响要比不同植物类群
及不同制作方法造成的影响小得多[1,4-5]。本研究也基本验证了这个观点,12-81a的腊叶标本,提取的
DNA质量与存放时间没有明显的相关性。
4 结论
远志属的腊叶标本材料用改良CTAB法[14]或提高CTAB浓度均未能提取到满足后续PCR反应的
DNA;适当降低水浴温度并延长水浴时间分别为45℃,水浴5-6h,可以提取到满足后续PCR反应的
DNA,并测序成功。但扩增的DNA片段大约500bp以下。腊叶标本存放时间长短对提取DNA的质量造
成一定的影响,但不是很明显。
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作者文摘的编写
文摘是以提供文献内容梗概为目的、不加评论和补充解释,简要明确地记叙文献重要内容的独立短文。其基本要素包括
研究的目的、方法、结果、结论,具有独立性和自明性。
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834 山西大学学报(自然科学版) 37(3) 2014