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        基于ITS 序列鑒別特色民族藥材土牛膝及其混偽品的研究

        2021-04-15 03:16:50胡亮方磊李瑞蓮王湘波周明
        藥品評價 2021年3期
        關鍵詞:基原川牛膝偽品

        胡亮,方磊,李瑞蓮,王湘波,周明

        湖南省藥品檢驗研究院,湖南藥用輔料檢驗檢測中心,湖南省藥品質量評價工程技術研究中心,湖南 長沙 410001

        土牛膝最早記載于《本草綱目》,指各地野生的牛膝,為莧科植物牛膝Achyranthes bidentataB1.的干燥根,其功效為“活血散瘀、祛風利尿,墜胎”[1];肖步丹《嶺南采藥錄》[2]中記載土牛膝的來源之一為粗毛牛膝Achyranthes aspera L.的根。土牛膝作為西南地區(qū)瑤族和土家族常用的民族藥,應用十分廣泛,但未有國家統(tǒng)一的藥材標準,其中《湖南省中藥材標準》2009 年版、《貴州省中藥材標準》2003 年版收載的植物基原為莧科植物粗毛牛膝AchyranthesasperaL.的干燥根及根莖;《江蘇省中藥飲片炮制規(guī)范》1980 年版收載了3 個基原,分別為粗毛牛膝、野生牛膝和柳葉牛膝;現(xiàn)行其余質量標準收載基原均為野生牛膝[3-4]。土牛膝的現(xiàn)行質量標準包括性狀、顯微鑒別和薄層色譜鑒別項目,通過品種考證、藥用資源分布調(diào)查發(fā)現(xiàn),3 種土牛膝藥材外觀形態(tài)較相似,不易區(qū)分,存在不同基原混用的情況。

        近年來,隨著分子生物學技術的快速發(fā)展,植物DNA 條形碼被大量應用于不同基原藥材的鑒定,陳士林等[5]首次提出將ITS2 序列作為藥用植物鑒定的通用條形碼序列。DNA 條形碼鑒定技術在中藥藥材鑒定中具有不受個體形態(tài)特征、藥用部位、鑒定經(jīng)驗等限制的優(yōu)點,克服了傳統(tǒng)鑒定方法的諸多缺陷[6-10]。其中植物核糖體DNA 內(nèi)轉錄間隔區(qū)(rDNA/ITS 區(qū))序列進化速率快,可以提供豐富的變異位點和信息位點[11]。本研究首次應用ITS 和MatK 條形碼對3 種植物基原土牛膝藥材及其混偽品(川牛膝、廣東土牛膝)進行鑒定研究,為土牛膝的快速準確鑒定提供新的技術手段。

        1 儀器與試藥

        植物基因組DNA 提取試劑盒(Plant Genomic DNA kit,TIANGEN);2×Taq Master Mix 緩沖液(GK8006,GENEray);ExRed(ZS203-1,庒盟生物);瓊脂糖(50002,Lonza);引物(上海捷瑞生物工程有限公司合成),ITS 引物(ITS4:5'-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3';ITS5:5'-GGAAGTAAAAGTCGTAACAAGG-3'),MatK引物(MatKF:5'-CGTACAGTACTTTTGTGTTTACGAG-3';MatKR:5'-ACCCAGTCCATCTGGAAATCTTGGTTC-3')。

        PCR 儀:ABI VERITI;分 析 天 平:Mettler AB135-S;MM400 球磨儀:德國Retsch 公司;純水儀:美國Millipore 公司;Nano Value 微量紫外分光光度計;電泳儀:EPS-301,美國Amersham 公司;全自動凝膠成像系統(tǒng):英國Syngene 公司。

        2 材料

        本次研究共收集30 份樣本,包括5 個物種。其中實驗樣本24 份(表1),包含粗毛牛膝、野生牛膝、柳葉牛膝、川牛膝和廣東土牛膝,實驗材料由湖南省野生動植物司法鑒定中心進行鑒定。其余4 條ITS和2 條MatK 研究序列來自GenBank,ITS 序列包含野生牛膝2 條(登錄號KX055976、KX055977),柳葉牛膝1 條(登錄號MG730614),川牛膝1 條(登錄號KC898550);MatK 序列包含野生牛膝2 條(登錄號MH659904、MH658983)。

        表1 土牛膝及其混偽品樣品信息

        3 方法

        3.1 DNA 提取

        研究樣品經(jīng)75%乙醇擦拭表面,稱取50 mg,在MM400 球磨儀(德國Retsch)上進行研磨,用天根植物基因組DNA 提取試劑盒提取DNA。

        3.2 PCR 擴增和測序

        PCR 反應體積為20 μL,使用ITS 和MatK 序列的通用引物對樣品DNA 進行擴增,其反應條件為:95 ℃變性5 min,再進行35 個循環(huán)(95 ℃變性30 s,56 ℃退火30 s,72 ℃延伸1min),最后72 ℃延伸7 min。反應體系為2×Taq PCR MasterMix 10 μL,正反向引物(2.5 μmol/L)各0.4 μL,模板DNA 1 μL,其余用滅菌超純水補至20 μL。通過ABI3730XL 測序儀對純化后的PCR 產(chǎn)物進行雙向測序。

        3.3 數(shù)據(jù)分析

        應用軟件CodonCode Aligner V6.0 對序列峰圖進行校對拼接,去除引物區(qū)及低質量序列,獲得ITS序列和MatK 序列。利用軟件MEGA 6.0 進行種內(nèi)種間Kimura 2-parameter(K2P)遺傳距離分析,用NJ(鄰接)法構建系統(tǒng)聚類樹對土牛膝及其混偽品進行鑒定分析。

        4 結果與分析

        4.1 土牛膝及其混偽品藥材DNA 提取與PCR 擴增

        研究樣品采用植物基因組DNA 提取試劑盒并做適當調(diào)整,提取的樣本DNA 使用Nano Value 微量紫外分光光度計進行純度測定。通過ITS 和MatK引物進行PCR 擴增,電泳條帶清晰,其中ITS 擴增片段約750 bp,為單一條帶;MatK 擴增片段約780 bp,見圖1。

        圖1 土牛膝藥材及其混偽品電泳圖

        4.2 土牛膝及混偽品藥材ITS 序列種內(nèi)及種間變異分析

        使用MEGA 6.0 軟件對樣品ITS 序列進行變異位點分析,粗毛牛膝與柳葉牛膝、野生牛膝存在28~32 個變異位點,變異率為4.25%~4.86%;粗毛牛膝和柳葉牛膝均只有一個單倍型;野生牛膝有2 個單倍型,2 個單倍型之間有1 個堿基差異,為418 位的C-A 取代;粗毛牛膝與川牛膝存在75 個變異位點,部分堿基有缺失,川牛膝只有一個單倍型;粗毛牛膝與廣東土牛膝存在150 多個變異位點,部分堿基有缺失,廣東土牛膝存在一個單倍型,不同基原土牛膝與混偽品川牛膝、廣東土牛膝堿基差異較大,易于區(qū)分。

        粗毛牛膝與柳葉牛膝的種間最大K2P 為0.051,與野生牛膝的種間最大K2P 為0.044,柳葉牛膝和野生牛膝的種間最大K2P 為0.010;3 種植物基原的土牛膝(粗毛牛膝、野生牛膝和柳葉牛膝)與川牛膝的種間K2P 范圍為0.111~0.121、與廣東土牛膝的種間K2P 范圍為0.415~0.444。土牛膝各基原間種內(nèi)最大K2P 小于種間最小K2P,有利于不同基原土牛膝的區(qū)分,同時與混偽品川牛膝、廣東土牛膝K2P 較遠,區(qū)分明顯。

        4.3 土牛膝藥材Matk 序列種內(nèi)及種間變異分析

        用MEGA 6.0 軟件對樣品MatK 序列進行變異位點分析,粗毛牛膝與柳葉牛膝、野生牛膝存在5個變異位點,變異率為0.61%;粗毛牛膝和柳葉牛膝均只有一個單倍型,野生牛膝有2 個單倍型,2個單倍型之間有2 個堿基差異,為232 位的G-C 取代和621 位的C-T 取代。粗毛牛膝與野生牛膝、柳葉牛膝的種間平均K2P 均為0.006,柳葉牛膝和野生牛膝的種間平均K2P 為0.001;不同基原土牛膝之間種間K2P 較小,不利于物種的鑒別。

        4.4 土牛膝藥材及其混偽品NJ 樹鑒定

        從基于ITS 序列建立的聚類樹種可看出,不同植物基原粗毛牛膝、野生牛膝和柳葉牛膝聚為獨立的一支,且支持率高,并呈現(xiàn)較好的單系性;混偽品川牛膝和廣東土牛膝聚為獨立的一支,呈現(xiàn)較好的單系性,與不同基原土牛膝能夠進行有效區(qū)分,見圖2。

        圖2 基于ITS序列建立土牛膝與其混偽品的NJ樹圖

        基于MatK 序列建立的聚類樹種可看出,粗毛牛膝聚為獨立的一支,呈現(xiàn)較好的單系性,野生牛膝和柳葉牛膝均未單獨聚為一支,種間差異較小,未能有效進行區(qū)分,見圖3。

        圖3 基于MatK序列建立土牛膝與其混偽品的NJ樹圖

        5 討論

        土牛膝作為西南地區(qū)瑤族和土家族常用的民族藥,應用十分廣泛?;诂F(xiàn)有樣品的ITS 序列變異分析表明,粗毛牛膝、柳葉牛膝暫未在現(xiàn)有樣品中發(fā)現(xiàn)種內(nèi)變異,后續(xù)需進一步擴大樣品量;野生牛膝種內(nèi)變異較小,種內(nèi)最大K2P 為0.006。土牛膝藥材及其混偽品ITS 擴增序列NJ 樹圖分析表明,粗毛牛膝、野生牛膝和柳葉牛膝可相互區(qū)分,土牛膝3 種基原與其混偽品川牛膝、廣東土牛膝區(qū)別明顯;MatK 擴增序列NJ 樹圖分析表明,粗毛牛膝單獨聚為一支,但與野生牛膝和柳葉牛膝未能進行有效區(qū)分。因此,ITS 作為常用的DNA 條形碼,不僅可以鑒定土牛膝3 種基原,而且可以有效區(qū)分其常見混偽品川牛膝和廣東土牛膝。

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