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编号:10284921
RAPD 技术在葛属药用植物分类和鉴定中的应用
http://www.100md.com 《中草药》 2000年第8期
     作者:曾明 严继舟 张汉明 郑水庆 苏中武

    单位:曾明 张汉明 郑水庆 苏中武(第二军医大学药学院 上海 200433);严继舟(第一军医大学热带病研究所)

    关键词:葛属;分类;鉴定;RAPD

    中草药000834摘 要 为探讨葛属植物间的亲缘关系,并为分类和鉴定提供依据,采用 RAPD 技术对葛属 6 种植物进行分析,利用 RAPD(Version 4.0)及 PHYLIP(Version 3.5 C)软件包进行数据处理,UPGMA 法聚类分析得到系统树。结果发现,峨嵋葛与野葛间的遗传距离小,应归并为野葛,野葛与粉葛、山葛间的遗传距离大,粉葛、山葛应独立成种。DNA 指纹图谱可用于葛属植物间的鉴别。

    Classification and Authentication of Plant Pueraria DC in China Using RAPD
, 百拇医药
    Zeng Ming

    (College of Pharmacy, Second Military Medical University Shanghai 200433)

    Yan Jizhou

    (College of Pharmacy, Second Military Medical University Shanghai 200433)

    Zhang Hanming

    (College of Pharmacy, Second Military Medical University Shanghai 200433)

    Zheng Shuiqing
, 百拇医药
    (College of Pharmacy, Second Military Medical University Shanghai 200433)

    Su Zhongwu

    (College of Pharmacy, Second Military Medical University Shanghai 200433)

    Abstract To explore the affinity relation of Pueraria DC plants and to provide evidence for their classification and authentication, RAPD analysis was performed on 6 species of Pueraria DC found in China.The DNA fingerprints was analysed with the aid of RAPD (Version 4.0) and PHYLIP (Version 3.5 C).The results showed that the genetic distance of P.omeiesis was close to P.lobata, while that between P.lobata and P.thomsonii and P.montana were longer in evolution.Therefore, it could be concluded that P.thomsonii and P.montana were not the variants of P.lobata, but was another independent species.RAPD amplification fingerprinting can also be used to identify Pruearia DC plants.
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    Key words Pueraria DC. classification authentication RAPD

    葛根是一种常用的中药,来源于豆科植物野葛 Pueraria lobata(willd.)Ohwi、粉葛 P.thomsonii Benth. 的干燥的根。葛属植物中野葛 P.lobata(Willd.)Ohwi、粉葛 P.thomsonii Benth.、山葛 P.montana(Lour.)Merr. 及峨嵋葛 P.omeiensis Wang et Tang,由于植物形态的相近,在其分种的界限及亲缘关系上一直存在争议。90 年代以来,RAPD 标记广泛应用于动植物遗传育种,基因诊断,居群遗传学,生物系统与进化研究。就传统方法而言,植物体内个体之间的遗传鉴定以及亲缘关系是综合考虑其形态学特征或是通过生物化学方法检测(如同工酶分析)来确定的。但这些方法容易受到环境的影响,而且人们对其评估遗传亲缘关系的总体可靠性也存在一些争议(Gotlieb[1],Brown[2]),因此目前人们普遍认为 DNA 水平上的多态性信息对于评判遗传多样性来说是可靠而可行的。为此,我们试用 RAPD 技术对以上 4 种植物以及分种明确的葛属的其它 2 种植物进行了对比研究,以确定它们之间的分类位置,并为中药葛根的鉴别提供一种新的方法。
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    1 材料

    取葛属 6 种植物的干燥成熟叶,拉丁学名经作者鉴定,见表1。

    表1 基因组 DNA 的纯度和浓度 基 原

    产地

    采收期

    (年-月-日)

    凭证标本号

    纯度

    浓度

    (ng/μL)

    野葛 Pueraria lobata

    四川峨嵋
, 百拇医药
    1998-10-06

    1301

    1.33

    500

    峨嵋葛 P.omeinsis

    四川峨嵋

    1998-10-06

    3104

    1.19

    1262

    粉葛 P.thomsonii

    广西平南
, http://www.100md.com
    1998-09-06

    6302

    1.65

    810

    山葛 P.montana

    福建福州

    1998-07-27

    2103

    1.02

    850

    苦葛 P.peduncularis

    四川峨嵋
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    1998-08-21

    5103

    1.90

    1031

    三裂叶葛 P.phaseoloides

    广东广州

    1998-09-06

    4301

    1.23

    579

    2 实验方法

    2.1 DNA 的提取
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    2.1.1 试剂:2×CTAB 提取缓冲液:100 mmol/L Tris-HCl(pH8.0);1.4 mol/L NaCl;20 mmol/L EDTA;2% 十六烷基三甲基溴化铵;0.5% 2-巯基乙醇;1.5% PVP(MW 40 000)。3 mol/L NaAc(pH5.2),异丙醇。TE 缓冲液:10 mmol/L Tris-HCl,1 mmol/L EDTA。5×TBE 缓冲液:54 g Tris;碱:27.5 g 硼酸,20 mL 0.5 mol/L EDTA(pH 8.0);加蒸馏水至 1 000 mL。

    引物由上海 Sangon 有限公司合成,见表2。

    表2 RAPD 扩增中使用的引物 名称

    DNA 系列

    名称

    DNA 系列
, 百拇医药
    OPA-02

    TGCCGAGCTG

    OPH-12

    ACGCGCATGT

    OPA-03

    AGTCAGCCAC

    OPH-13

    GACGCCACAC

    OPB-18

    CCACAGCAGT

    OPH-14

    ACCAGGTTGG
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    OPC-06

    GAACGGACTC

    OPL-07

    AGGCGGGAAC

    OPD-02

    GGACCCAACC

    OPL-09

    TGCGAGAGTC

    OPF-08

    GGGATATCGG

    OPL-11

    ACGATGAGCC
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    OPH-01

    GGTCGGAGAA

    OPO-05

    CCCAGTCACT

    OPH-02

    TCGGACGTGA

    OPR-02

    CACAGCTGCC

    OPH-03

    AGACGTCCAC

    S632

    AACCGGGACT
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    OPH-04

    GGAAGTCGCC

    S680

    GTTGCCTTGA

    OPH-05

    AGTCGTCCCC

    S726

    GAGGACAAAG

    OPH-11

    CTTCCGCAGT

    2.1.2 方法:参考文献[3]加以改进。硅胶干燥后的干叶,置研钵中,用液氮冷却碾碎。取 100 mg 加入 6 倍预热至 56 ℃ 的 CTAB 提取缓冲液,10 μL Proteinase K,4 μL RNaseA 及 10 μL 2-ME 水浴中温育 30 min。加等体积 Cl(24∶1)抽提,1 500 g 离心 10 min。取上清液加 2/3 体积的异丙醇及 1/10 体积的 3 mol/L NaAc,倒置完全混匀,0 ℃ 放置 20 min,以 1 000 g 离心 10 min,倾去上清液,用 80% 和 70% 乙醇洗 DNA 两次,室温干燥 30 min,加适量 TE 缓冲液溶解 DNA,存于 4 ℃ 备用。
, 百拇医药
    2.2 DNA 定性定量检测

    2.2.1 DNA分子长度:取5 μL提取的DNA溶液于1 %琼脂糖凝胶上,用0.5×TBE电泳缓冲液在10 V/cm电泳1 h后,琼脂胶上DNA谱带通过EB染色后,在紫外光(254 nm)下观察并照相。DNA分子长度与 λ HindⅢ标记物(华美生物工程公司)比较(图1)。

    图1 基因组 DNA 琼脂糖凝胶电泳图谱

    2.2.2 DNA 溶液纯度及得率:取一定量 DNA 溶液稀释后于 UV-265 FW 上测定 A260 及 A280 值。DNA 纯度按 A260/A280 之比值判断,得率按浓度 A260×50 μg/mL 值计算(表1)。
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    2.3 DNA 扩增 :取约 10 ng 样品 DNA,加入 0.2 mmol/L dNTPs 0.2 μ mol/L 引物,1.5 mmol MgCl2,1 U Tag DNA 聚合酶及 10×Tag 缓冲液,双蒸馏水使最终反应体积为 20 μL,置于 480 型 PCR 扩增仪(Perkin Elmers),按下述参数进行 1 个 PCR 循环:94 ℃,1 min 30 s;40 个循环:94 ℃,1 min ;36 ℃,1 min; 72 ℃,1 min。1 个循环:72 ℃,7 min。从近 50 个随机引物中挑选出 22 个扩增出的 DNA 谱带能表现丰富的多态性的引物进行扩增。

    2.4 PCR 扩增产物检测:取 PCR 反应 10 μL 于 1.5% 琼脂糖凝胶上用 0.5×TBE 电泳缓冲液电泳,PCR 扩增产物长度与 100 bp DNA ladder(Fermentas Ltd.#SM0321-10)标记物比较(图2)。
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    图2 野葛和其它 5 种植物的 RAPD 指纹图谱

    2.5 数据分析:统计能产生多态位点的引物,在 DNA 样品中扩增的 RAPD 标记数与多态性 RAPD 标记数记录原始数据,利用 RAPD(Version 4.0)及 PHYLIP(Version 3.5C)软件包进行数据处理,采用 UPGMA 法聚类分析得到系统树。

    3 结果

    3.1 DIST 分析按 Cavalli-Sfovza Arc Disteance(AD)[4] 计算得到的种群间的遗传距离(AD 上三角)和遗传一致(下三角)矩阵及 UPGMA 系统树。见表3和图3。表3 葛 6 个种群间的遗传距离和遗传一致性(AD)

    1301

    3104
, 百拇医药
    6302

    2103

    4301

    5103

    1301

    0.0000

    0.6256

    0.4208

    0.5534

    0.4732

    0.5113

    3104

    0.4690
, http://www.100md.com
    0.0000

    0.5191

    0.5630

    0.4796

    0.5191

    6302

    0.6856

    0.6557

    0.0000

    0.5002

    0.4639

    0.4669

, 百拇医药     2103

    0.5916

    0.5745

    0.6928

    0.0000

    0.4966

    0.5582

    4301

    0.7483

    0.7348

    0.7681

    0.7000

    0.0000
, http://www.100md.com
    0.5113

    5103

    0.6708

    0.6557

    0.7616

    0.5831

    0.6708

    0.0000

    图3 6种葛属植物RAPD

    聚类树系图(AD)

    3.2 DISTFF 分析按 Manhattan Distance(MD)[5] 计算得到的矩阵及 UPGMA 树。见表4和图4。
, 百拇医药
    表4 6 种葛间的遗传距离(MD)和遗传一致性(MD)

    1301

    3104

    6302

    2103

    4301

    5103

    1301

    0.0000

    0.8025

    0.6250

    0.7047
, 百拇医药
    0.5712

    0.6376

    3104

    0.2200

    0.0000

    0.6505

    0.7189

    0.5827

    0.6505

    6302

    0.4700

    0.4300

, 百拇医药     0.0000

    0.6188

    0.5543

    0.5599

    2103

    0.3500

    0.3300

    0.4800

    0.0000

    0.6127

    0.7118

    4301

    0.5600
, http://www.100md.com
    0.5400

    0.5800

    0.4900

    0.0000

    0.6376

    5103

    0.4500

    0.4300

    0.5800

    0.3400

    0.4500

    0.0000
, 百拇医药
    图4 6种葛属植物RAPD

    聚类树系图(MD)

    3.3 Bootstrapped 计算 100 次后得到的 consensus 树

    4 讨论

    4.1 DIST 分析分别按 Cavalli-Sfovza Arc Distance(AD)[4] 和 Manhattan Distance(MD)[5] 两种方法计算得出遗传距离矩阵,并由此矩阵得到系统树(图3和图4),两种方法得出的结果是一致的。DIST 分析的可信度可用 Bootstrap 一致性分析[6]检验,若 Bootstrap 分数>90%,则支持 DIST 所做出的推论,可信限大。
, 百拇医药
    4.2 峨嵋葛与野葛之间的遗传距离小,相似一致性大:Bootstrap 分析计算 100 次,二者有97 次聚在一起,未达到种间的差别,根据这一结果,峨嵋葛独立成种显然不合适,应归并为野葛。野葛与其它种间遗传距离远近顺序依次为三裂叶葛、粉葛、苦葛和山葛,相似一致性则相反,说明野葛与它们的亲缘关系远近依次为三裂叶葛、粉葛、苦葛和山葛。野葛与粉葛间的遗传距离大,野葛与山葛间的遗传距离虽较其它种间小,但不足以说明是种内差异:Bootstrap 运算的结果也支持这一结论,即粉葛、山葛应分别独立成种。综上所述,我们支持陈忠毅[7]的观点,即粉葛不应作为野葛的变种,而应独立成种;峨嵋葛作为一个独立的种,不能成立,但我们认为峨嵋葛应归属于野葛,而不是山葛。我们认为陈忠毅和 Van Der Maesen[8] 将山葛作为野葛变种的处理值得商榷,山葛以独立成种较为合理。

    4.3 从 DNA 指纹图谱上可看出,各植物间有明显的差异,RAPD 扩增反应产生 DNA 指纹图谱可作为中药葛根及同属原植物鉴别的依据。
, 百拇医药
    致谢:中国科学院植物研究所邹喻苹教授、谢中稳博士及复旦大学遗传研究所盛小禹老师在本实验中给予热心指导和帮助,在此致以诚挚的谢意。

    参考文献

    1,Gotllied L D.Ann Mo Bot Gard,1977,64:161

    2,Brown A H D.Theor Appl Genet,1979,15:1

    3,Murray M G,Thompson W F.Nucleic Acids Res,1980,8:4321

    4,Gavalli-Sforza.Evolution,1967,21:550

    5,Wright S. Evolution and Genetics of Populations.Vol.4.Chicago:University of Chicago Press,1978:16

    6,West D W.Heredity,1996,4:25

    7,陈忠毅,张奠湘.热带亚热带植物学报,1995,(1):35

    8,Maesen L J G,Van Der.Agr Univ Wagen Pap,1985,(1):37

    (1999-11-23收稿), 百拇医药