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        龜甲的特異性PCR及高分辨率熔解曲線技術(shù)鑒別方法研究△

        2019-09-17 11:17:26張雪艷袁媛胡啟跳蔣超方成武
        中國現(xiàn)代中藥 2019年9期
        關(guān)鍵詞:峰形龜甲鑒別方法

        張雪艷,袁媛,胡啟跳,蔣超,方成武

        1.中國中醫(yī)科學(xué)院 中藥資源中心 道地藥材國家重點實驗室培育基地,北京 100700;2.安徽中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院,安徽 合肥 230012

        龜甲是中國的傳統(tǒng)名貴藥材之一,來源于龜科動物烏龜Chinemysreevesii(Gray)的背甲及腹甲,具滋陰潛陽、益腎強(qiáng)骨、養(yǎng)血補(bǔ)心、固經(jīng)止崩之功效[1]。龜甲在臨床上應(yīng)用廣泛,且為細(xì)貴中藥材,極易混偽,對破碎的、不完整的龜甲也無法進(jìn)行客觀、準(zhǔn)確鑒別。龜甲混偽品有近20種,包括巴西龜、馬來閉殼龜、黃緣閉殼龜、黃喉擬水龜、平胸龜、地龜、四眼斑水龜、印度棱背龜、廟龜、鋸緣龜、凹甲陸龜、緬甸陸龜?shù)萚2-6],尤其是巴西龜在龜甲偽品中極為常見。

        近年來DNA分子鑒別技術(shù)快速發(fā)展,位點特異性PCR、DNA測序等技術(shù)開始用于動物類藥材的鑒別,多種動物藥材已建立分子鑒別方法[7-11]。劉曉帆等[12]已使用基于COI序列的DNA條形碼技術(shù)鑒定龜甲及其混偽品,鄧瑩等[13]根據(jù)Cytb序列設(shè)計特異性引物,使用酚-三氯甲烷法提取DNA并建立了龜甲特異性PCR鑒別方法。高分辨率熔解曲線技術(shù)(High resolution melting,HRM)因其具有高通量、低成本、簡單快捷、和閉管操作等優(yōu)點[14-15],避免了溴化乙錠、聚丙烯酰胺等有害試劑的使用和紫外照射,且有望檢出正偽摻雜的樣品,在中藥DNA分子鑒定領(lǐng)域已有應(yīng)用[16-19]。

        本研究建立了龜甲藥材和飲片DNA快速提取方法,建立并比較了龜甲特異性PCR鑒別方法和高分辨率熔解曲線鑒別方法的優(yōu)劣,進(jìn)行了系統(tǒng)的方法學(xué)考察,可快速、準(zhǔn)確鑒別龜甲及其常見混偽品。

        1 材料

        1.1 藥材

        龜甲對照藥材購自中國食品藥品檢定研究院(批號:121494-201604)。樣品購自河北安國藥材市場、安徽亳州藥材市場、廣州玉林藥材市場、云南昆明藥材市場。共獲得龜甲與其混偽品42批,實驗樣品經(jīng)張繼教授、李軍德教授鑒定,存于中國中醫(yī)科學(xué)院中藥資源中心,見表1。

        1.2 試劑

        柱式骨骼DNAout試劑盒(北京天恩澤公司,批號:91102-50);ExTaq(Takara公司,批號:RR001Q);SpeedSTAR HSTaq(Takara公司,批號:RR070Q);2×T5 Super PCR Mix(北京擎科新業(yè)生物技術(shù)有限公司,批號:TSE005);rTaqDNA(Takara公司,批號:DR100A);金牌Mix Green PCR(北京擎科新業(yè)生物技術(shù)有限公司,批號:TSE101);MightyAmp DNA聚合酶(Takara公司,批號:R071Q);LightCycler480 High Resolution Melting Master(Roche公司,批號:4909631001);2000 bp DNA Marker(Takara公司,批號:3427Q)。

        表1 龜甲樣品

        1.3 儀器

        VeritiTM型、GeneAmp 9700型(Applied Biosystems公司);TC-512型(Techne 公司);PTC-100型(Gene公司);PCR儀、LightCycler480型實時熒光定量PCR儀(Roche公司);SYNGENE 凝膠成像系統(tǒng)(GENE公司)。

        2 方法

        2.1 DNA提取

        取藥材約50 mg,粉碎成粉末。取粉末20 mg,置2 mL離心管中,使用柱式骨骼DNA提取試劑盒提取DNA,加入1000 μL 65 ℃預(yù)熱的提取緩沖液,充分混勻;65 ℃水浴30 min;加入300 μL緩沖液及200 μL三氯甲烷;充分混勻,12 000 r·min-1下離心5 min;取500 μL上清至1個新的1.5 mL離心管,加入500 μL上柱緩沖液,充分混勻;加入DNA純化柱中,12 000 r·min-1下離心1 min;棄穿透液;加入洗脫液500 μL,12 000 r·min-1下離心1 min;棄穿透液,加入洗脫液500 μL,12 000 r·min-1下再離心1 min;棄穿透液,離心DNA純化柱2 min;加入50 μL無菌雙蒸水,室溫放置2 min后12 000 r·min-1下離心1 min,取穿透液稀釋10倍用于PCR反應(yīng)。

        2.2 特異性引物的設(shè)計

        從GenBank查找烏龜及巴西龜、黃喉擬水龜、擬鱷龜、平胸龜、中華花龜、緬甸陸龜偽品的COI序列。用BioEdit軟件進(jìn)行序列比對,找到差異片段,并設(shè)計鑒別引物:GJ-360.F 5′-GCTTTGGAAACTGACTTGTACCTTTAATG-3′和GJ-360.R 5′-GAGAGTAGTAATAGGACGGCTGTAATAAGTTCA-3′。

        2.3 龜甲特異性PCR鑒別方法

        在200 μL離心管中進(jìn)行PCR反應(yīng)。反應(yīng)總體積為25 μL,包括10×PCR緩沖液2.5 μL、dNTP(2.5 mmol·L-1)1 μL、鑒別引物(10 μmol·L-1)各0.4 μL、TaqDNA聚合酶(5 U·L-1)0.2 μL和DNA模板1 μL,用無菌水補(bǔ)足反應(yīng)體積。PCR反應(yīng)程序:95 ℃預(yù)變性5 min,循環(huán)反應(yīng)35次(95 ℃ 30 s,60 ℃ 30 s,72 ℃ 30 s),72 ℃延伸5 min,4 ℃保溫結(jié)束反應(yīng)。PCR產(chǎn)物經(jīng)1.5%瓊脂糖凝膠電泳,EB染色,置于凝膠成像儀上或紫外透射儀上成像。并考察主要參數(shù):PCR退火溫度、PCR循環(huán)次數(shù)、DNA模板用量、DNA聚合酶種類和PCR儀類型對龜甲特異性PCR鑒別方法的影響,獲得最優(yōu)鑒別條件。

        2.4 熔解曲線分析

        分別以龜甲藥材DNA為模板,調(diào)整DNA濃度在合適范圍內(nèi),在Light Cycler 480型實時熒光定量PCR儀上進(jìn)行PCR擴(kuò)增,而后直接進(jìn)行熔解曲線分析。PCR反應(yīng)總體積20 μL,PCR反應(yīng)體系:2×High Resolution Melting Master Mix 10 μL、MgCl2(25 mmol·L-1)1.6 μL、COI通用引物序列RonM-tl 5′-TGTAAAAGGAGGGCCAGTGGMGCMCCMGATATR-GCATTCCC-3′;VRL-tl 5′-CAGGAAACAGCTATGACTAGACTTCTGGGTGGCCAAAGAATCA-3′。引物(10 μmol·L-1)各0.4 μL、模板DNA 1 μL、加ddH2O補(bǔ)齊到20 μL。反應(yīng)程序為:95 ℃預(yù)變性10 min,95 ℃變性30 s、60 ℃退火30 s、72 ℃延伸45 s,40循環(huán);而后進(jìn)入高分辨熔解曲線分析程序:95 ℃ 1 min,40 ℃ 1 min,66 ℃ 1 s;40 ℃冷卻10 s,每秒采集25個數(shù)據(jù),獲得龜甲及其混偽品的熔解曲線。

        2.5 熔解曲線模型的建立

        隨機(jī)選取3批龜甲藥材,使用COI通用引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增和熔解曲線分析;利用羅氏Lightcycler 480 Software 1.5軟件建立龜類熔解曲線模型,對其精密度、重復(fù)性進(jìn)行考察。

        2.6 PCR反應(yīng)體系適用性分析

        考察模板DNA用量、引物濃度、鎂離子濃度對熔解曲線峰形和Tm值的影響,從而確定可依據(jù)峰形和Tm值鑒別龜甲藥材真?zhèn)蔚倪m合條件。

        3 結(jié)果與分析

        3.1 龜甲的特異性PCR鑒別方法條件確定

        使用設(shè)計的龜甲特異性鑒別引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增,并依次考察PCR鑒別體系和鑒別條件關(guān)鍵因素對龜甲特異性PCR鑒別方法的影響,以獲得最優(yōu)鑒別條件。當(dāng)退火溫度設(shè)定為58、60、62 ℃,結(jié)果表明,在58~60 ℃時,龜甲正品均能擴(kuò)增得到360 bp的條帶,混偽品緬甸陸龜、黃緣擬水龜、中華花龜、四眼斑水龜、巴西龜?shù)染鶡o條帶,使用相同方法依次對PCR循環(huán)次數(shù)、模板DNA用量、Taq酶種類和PCR儀型號進(jìn)行考察,當(dāng)退火溫度為60 ℃,PCR循環(huán)次數(shù)為30個循環(huán),模板DNA濃度為20 ng·μL-1,使用無5′-3′的TaqDNA聚合酶進(jìn)行擴(kuò)增時獲得最優(yōu)鑒別結(jié)果,龜甲正品均擴(kuò)增獲得360 bp特異性鑒別條帶,混偽品無條帶。其中Taq酶種類和模板DNA用量對鑒別結(jié)果有較大影響,高保真DNA聚合酶擴(kuò)增保真率雖高,但效率低,產(chǎn)物獲得率低,易出現(xiàn)假陰性結(jié)果。模板DNA用量過高(100 ng)易出現(xiàn)假陽性鑒別結(jié)果,混偽品均可出現(xiàn)假陽性條帶,見表2。

        3.2 龜甲特異性PCR鑒別方法的適用性考察

        采用3.1確定的特異性PCR鑒別體系,對24批龜甲樣品及18批偽品進(jìn)行鑒別(見圖1~2),結(jié)果表明,該體系能穩(wěn)定、準(zhǔn)確地鑒別龜甲藥材和飲片。

        注:M.DL2000 Marker;P.陽性對照;N.空白對照(dd H2O為模板);1~3.龜甲;4.巴西龜;5.馬來龜;6.擬鱷龜;7.鋸緣龜;8.緬甸陸龜;9.平胸龜;10.黃喉擬水龜;11.中華花龜;12.黃緣閉殼龜;13.四眼斑水龜;14.安南龜。圖1 龜甲正偽品鑒別結(jié)果

        表2 龜甲特異性PCR鑒別條件考察結(jié)果

        注:M.DL2000 Marker;P.陽性對照;N.空白對照(dd H2O為模板);1~6.不同市場來源龜甲藥材;7~9.龜甲飲片。圖2 不同批次龜甲特異性PCR鑒別結(jié)果

        3.3 龜甲的高分辨率熔解曲線鑒別方法的建立

        3.3.1 熔解曲線模型的建立 使用高分辨率熔解曲線技術(shù)對龜甲進(jìn)行鑒別,建立其熔解曲線模型。隨機(jī)選擇不同來源的龜甲藥材3批,分別提取其DNA,使用COI通用引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增,并進(jìn)行熔解曲線分析,結(jié)果表明,龜甲熔解曲線為雙峰,其Tm值分別為(83.15±0.76)、(87.53±0.69)℃,RSD分別為0.91%、0.80%。對同一批龜甲DNA樣品,進(jìn)行熔解曲線分析,重復(fù)3次,其熔解曲線峰形一致,RSD值在分別在0.30%~0.80%、0.20%~0.80%(見圖3)。

        注:A.3批龜甲藥材熔解曲線;B.龜甲COI熔解曲線參考模型。圖3 龜甲藥材熔解曲線模型的建立

        3.3.2 高分辨率熔解曲線技術(shù)鑒別反應(yīng)體系適用性分析 選取龜甲DNA,測定其濃度,并依次稀釋為87.9、25.0、3.5、0.7 ng·μL-1,以COI作為引物進(jìn)行擴(kuò)增,獲得熔解曲線,并分析不同濃度模板DNA對龜甲熔解曲線峰形和Tm值的影響。結(jié)果表明,模板DNA在3.5~87.9 ng·μL-1均獲得較為均一的熔解曲線,可用于龜甲藥材分子鑒別(見圖4A)。

        注:A.不同濃度模板DNA對龜甲熔解曲線峰形和Tm值的影響;B.不同引物濃度對龜甲熔解曲線峰形和Tm值的影響;C.不同濃度MgCl2對龜甲熔解曲線峰形的影響。圖4 龜甲高分辨率熔解曲線鑒別條件考察結(jié)果

        依據(jù)Light Cycler 480 High Resolution Melting Master說明書中引物最適濃度為0.1~0.3 μmol·L-1,在20 μL反應(yīng)體系中分別加入0.2、0.4、0.6、0.8 μL引物(母液濃度為10 μmol·L-1),獲得其熔解曲線,并分析不同引物濃度對龜甲熔解曲線峰形和Tm值的影響。結(jié)果表明,引物為0.2 μmol·L-1時可形成穩(wěn)定的熔解曲線峰形(見圖4B)。

        在20 μL反應(yīng)體系中分別加入1.5、2.0、2.5、3.0 μL的MgCl2溶液(母液濃度為25 mmol·L-1),獲得其熔解曲線,并分析不同引物濃度對龜甲熔解曲線峰形和Tm值的影響。結(jié)果表明,引物濃度為2.0 mmol·L-1時可形成穩(wěn)定的熔解曲線峰形(見圖4C)。

        3.3.3 高分辨率熔解曲線技術(shù)鑒別龜甲正偽品 選取4種常見龜甲偽品巴西龜、馬來龜、擬鱷龜、黃喉擬水龜,分別提取其總DNA,進(jìn)行熔解曲線分析,獲得偽品熔解曲線。對龜甲及其偽品熔解曲線進(jìn)行比較,結(jié)果表明,龜甲混偽品HRM曲線均與正品有顯著差異,可以相互區(qū)分(見圖5)。

        圖5 使用高分辨率熔解曲線技術(shù)鑒別龜甲正品及其混偽品(以巴西龜為例)

        4 討論

        PCR鑒別準(zhǔn)確性取決于DNA提取質(zhì)量。動物藥材來源廣泛,其中,部分動物藥材來自于甲殼、皮膜、分泌物、角質(zhì)物等。由于這些藥材在市場上流通時間長、加之高溫等因素,使得藥材DNA嚴(yán)重降解,從而給DNA提取造成麻煩。此外,Taq酶種類和模板DNA的用量也會對鑒別結(jié)果有較大影響,高保真DNA聚合酶擴(kuò)增保真率雖高,但效率低,產(chǎn)物獲得率低,易出現(xiàn)假陰性結(jié)果。模板DNA用量過高(100 ng)易出現(xiàn)假陽性鑒別結(jié)果,混偽品均可出現(xiàn)假陽性條帶。另外,筆者對比了十二烷基硫酸鈉法(SDS)、十六烷基三甲基溴化銨法(CTAB)、高鹽低pH法及3種不同的柱式DNA提取試劑盒對龜甲DNA提取的效果,發(fā)現(xiàn)在不進(jìn)行脫鈣的情況下,僅柱式骨骼DNA提取試劑盒對龜甲藥材和蒸制飲片具有較好的提取效果,基于硅膠膜離心柱的方法相對其他方法操作更為簡單,易于標(biāo)準(zhǔn)化,且在角、甲類動物藥材上具有良好的提取效果,已用于羚羊角、鹿角等動物藥材的DNA提取[20-21],有望拓展到其他角、甲類藥材的提取。

        本文建立了快速簡便的龜甲DNA提取和DNA鑒定方法,使用特異性PCR鑒別可在4 h內(nèi)獲得鑒定結(jié)果,該方法既可用于龜甲藥材亦可用于龜甲飲片,有助于龜甲的質(zhì)量控制,提高龜甲質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。同時本文也建立了龜甲的高分辨率熔解曲線技術(shù)鑒別方法,使用HRM鑒別可在3 h內(nèi)獲得鑒別結(jié)果,且HRM可替代凝膠電泳對PCR產(chǎn)物及其酶切片段進(jìn)行檢測,避免使用溴化乙錠、聚丙烯酰胺等有害試劑和紫外照射。然而,在對龜甲飲片進(jìn)行擴(kuò)增時發(fā)現(xiàn),無論是使用通用引物L(fēng)1490/H2198或引物RonM-tl/VRL-tl均無法擴(kuò)出條帶,推測是龜甲飲片經(jīng)高溫水煮后DNA嚴(yán)重降解,難以擴(kuò)增獲得400 bp以上的條帶,表明直接使用通用引物結(jié)合HRM的方法無法鑒別龜甲飲片,下一步可考慮針對龜甲及其混偽品的序列差異,根據(jù)SNP位點設(shè)計引物,建立特異性的HRM鑒別方法[22-23]。

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