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远志属腊叶标本DNA提取方法研究



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)

华南远志
Polygala glomerata Dunn
河南新县
Xinxian,Henan
31  01853570(PE)

黄花倒水莲
Polygala fallax Hemsl.
江西安福
Anfu,Jiangxi
50  00630542(PE)

远志
Polygala tenuifolia Wild.
陕西绥德
Suide,Shaanxi
59  00631932(PE)

荷包山桂花
Polygala arillata Buch.-Ham.ex D.Don
云南宾川
Binchuan,Yunnan
67  00630239(PE)

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
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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

华南远志
P.glomerata
- KJ462473 KJ462479

黄花倒水莲
P.fallax
- KJ462472 KJ462478

远志
P.tenuifolia
KJ462464 KJ462470 KJ462476

荷包山桂花
P.arillata KJ462465 KJ462471 KJ462477

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

华南远志
P.glomerata
31  386.00  2.11

黄花倒水莲
P.fallax
50  285.00  1.38

远志
P.tenuifolia
59  650.00  1.98

荷包山桂花
P.arillata 67  2 584.00  1.87

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Srkinen 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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逻辑关系,要采用规范化的科学技术名词术语,对新术语、缩略语等在首次出现时应加以说明。
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