基于ITS序列的植物类中药材鉴定研究及展望(1)
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摘 要:ITS是核糖体DNA上的内转录间隔区,其序列分析已成为在分子水平上探讨科、亚科、族内关系十分有效的手段,在种内,ITS 序列对于揭示异域分布或间断分布居群间的关系具有很大潜力,该片段特别适合于属、种级的系统发育和分类研究。以ITS序列为DNA条形码鉴别的标准片段,已经在植物类中药材的DNA分子鉴别中广泛应用而且必将前景广阔。
关键词:植物药材;ITS序列;DNA条形码鉴定
中图分类号:R285.5 文献标识码:A 文章编号:1673-7717(2010)04-0737-02
[FQ(9。25,X-W]
收稿日期:2009-11-26
基金项目:国家科技部资助项目(2005DKA21004);辽宁省教育厅资助项目(2009A496)
作者简介:许亮(1978-),男,辽宁沈阳人,讲师,博士研究生,主要从事中药生药的教学与科研研究。
通讯作者:康廷国(1955-),男,山东寿光人,教授,博士研究生导师,研究方向:中药品质评价与中药新药开发研究。Tel:041187586028,Email:kangtg@lnutcm.edu.cn。
ITS(internal transcribed spacer)是核糖体DNA上的内转录间隔区,位于18S 和26SrDNA 基因之间,被5.8S 基因分为两段即ITS1和ITS2,见图1。ITS 区包括5.8S rDNA 在内的总长度为600-700bp,其中5.8S rDNA 的长度非常保守,一般为163bp 或164bp ,ITS1和ITS2 的长度也比较保守,但核苷酸序列变化较大,可以提供丰富的系统学信息。ITS1和ITS2作为非编码区,受外界环境因素的影响较小,承受的选择压力较小,进化速度较快,核苷酸序列变化较大,且其变异以相互独立的点突变为主,是rDNA中的中度保守区,可为属以下水平的研究提供较丰富的变异位点和信息位点的系统学信息。这使ITS序列十分适宜进行各种分子操作,已成为最广泛的应用于被子植物系统发育和进化研究的核基因标记之一,并取得了一系列重要进展[1-3]。
图1植物核糖体DNAITS的基本结构
1 ITS序列与植物DNA条形码鉴定的关系
DNA条形码(DNA barcoding)是利用一段标准的DNA序列作为标记来实现快速、准确和自动化的物种鉴定,类似于超市利用条形码扫描区分成千上万种不同的商品。已成为生物物种鉴定的新方向,受到世界40多个国家130多个组织中传统生物分类学家、分子生物学家和生物信息学家等多学科专家的关注。加拿大动物学家Paul Hebert首先倡导将条形码编码技术应用到生物物种鉴定中,他对动物界11门13320个物种的线粒体细胞色素C氧化酶亚基(Cytocheome c oxidase Ⅰ,COⅠ)比较分析,提出可以采用单一的基因片段来代表生物种,作为物种的条形码[4-5],因此他被称为DNA条形编码之父。但由于COⅠ基因在植物中的进化速率远慢于在动物中的进化速率,对于大多数植物不适合作为DNA条形码鉴定的编码基因。
ITS序列在被子植物中的长度变异很小,ITS1和ITS2的长度均不足300bp,PCR扩增及测序简单易行,特别是PCR直接测序法的诞生,极大地推动了ITS在被子植物科内,尤其是近缘属间及种间关系研究中的应用,成为系统与进化植物学研究中的重要分子标记[6],随着现代分子生物学技术的迅猛发展,使在分子水平上快速准确地鉴定中药材成为可能,应用ITS序列作为植物类中药材的DNA条形码,为有效遏制各种假冒伪劣药材提供了极为有力的先进的技术支持。
中药材鉴定方法如基原鉴定、性状鉴定、显微鉴定、理化鉴定、色谱法鉴定等,在中药材鉴定和评价其质量研究中发挥了重要作用,但随着现代分子生物学技术的快速发展,涌现了多种中药材DNA分子鉴定技术,DNA条形码技术具有4个显著的特点:①DNA 条形码直接利用DNA序列进行物种的鉴定,基于生物的基因型,具有独一无二的可重复性;②DNA条形码序列具有通用性,在不同物种之间具有可比性,在全球物种鉴定中可以形成统一的标准,也更利于对植物系统进化的研究;③DNA 条形码只需一对或几对通用引物;④在技术发展成熟的基础上,根据DNA 条形码鉴定技术设计生产“便携式中药鉴定分析扫描仪”,任何人可以实时完成物种鉴定工作[7]。
作为DNA条形码的编码基因应符合以下标准:①具有足够的变异性以区别不同的物种,同时具有相对的保守性;②必须是一段标准的DNA序列来尽可能的鉴别不同的种群;③应该包含足够的系统进化信息以定位物种在系统中的位子;④应该具有高度的保守性以便于通用引物的设计;⑤应该足够的短以便于有部分降解的DNA的扩增[8]。对于动物来源的药材可以根据COI基因设计通用引物,而对于植物来源的中药材ITS序列可以作为候选的编码基因。
2 ITS序列在中药材鉴别上的应用
由于ITS 区域具有较多的碱基信息,在长度上具有较好的保守性,因此该片段特别适合于属、组级的系统发育和分类研究。尤其能为中药材的分子鉴定提供依据。毛善国等[9],车建等[10]分别通过ITS序列的测定进行了番红花及其混淆品的有效鉴别研究。刘春生等[11]通过基于核DNA ITS序列对细辛药材的基源及分子鉴定进行了研究。闫坤等[12]通过ITS序列对地黄属种间的亲缘关系进行了研究。马玉花等[13]对中国不同地区的杜仲rDNA的ITS序列进行了分析测序。蔡金娜等[14]对中国不同地区的蛇床进行了rDNA ITS序列分析。宋葆华等[15]对中国苋属nrDNA的ITS序列分析并对其系统学意义进行了研究。武莹等[16]通过ITS序列鉴别了5种习用柴胡。郝明干等[17-18]采用rDNA ITS的序列分析对中药材白花蛇舌草进行了有效的分子鉴定。赵志礼等[19]进行了山姜属中药草豆蔻和益智nrDNA ITS区序列的测定。赵玥等[20]综述了核rDNA ITS序列在植物种质资源鉴定中的应用。赵志礼等[21]综述了核糖体DNA ITS区序列在植物分子系统学研究中的具有重要的价值。唐先华等[22]进行了睡莲类植物ITS nrDNA序列的分子系统发育分析 ......
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