基于ITS2序列多种龙胆属植物及药材的DNA条形码鉴定研究

目的:基于内转录间隔区2(internal transcribed spacer2,ITS2)碱基序列,运用DNA条形码方法对龙胆属多种植物及药材进行鉴别分类研究,为龙胆药材和基原植物的鉴定和遗传多样性研究提供科学的理论依据。方法:利用试剂盒提取法,提取药材及原植物叶片的DNA,对其中特定的ITS2序列进行PCR扩增及测序,并从GenBank下载同科属植物序列,运用Seq Man软件对序列进行拼接去引物处理之后,采用MEGA 6.0软件对数据进行分析比对,计算K2P遗传距离,并建立Neighbor-Joining(NJ)树,结合下载的序列二级结构,进行比对,分析差异。结果:从NJ聚类树可以看出,不同品种的龙胆属植物三花龙胆、深红龙胆、坚龙胆和笔龙胆都各聚为一支,区分明显,龙胆与条叶龙胆聚为一支未能区分开。除去笔龙胆1份样品产生种内变异之外,各同品种样品的ITS2序列均一致相同,并能与外族群品种准确区分开。结论:运用ITS2序列对龙胆药材及基原植物进行鉴别是有效可行且成功率高的一种方法,能对不同品种、近缘品种进行鉴别,有较强的可行性,DNA分子条形码鉴别方法可用于龙胆属不同植物及药材的鉴定分类。     

ITS2条形码序列对海南大戟科植物的鉴定

目的利用DNA条形码技术评估ITS2序列对海南大戟科植物的鉴定能力。方法利用PCR测序法,对供试样本ITS2片段进行双向测序,所得序列经Codon Code Aligner拼接后,利用MEGA 6.0进行相关数据分析,构建邻接(NJ)树。利用TAXON DNA软件分析序列种内、种间变异并作barcoding gap分析。从ITS2数据库中获得供试样本的预测ITS2二级结构。结果大戟科供试样本ITS2序列中变异位点与信息位点分别占总序列长度的84%和69.67%。供试各种在构建的NJ树中均各自成束,表现出单系性;基于ITS2序列的种内最大变异距离值0.067 3;种间最小变异距离值0.119 1,各ITS2二级结构种内无明显差异;种间存在明显差异。结论所得ITS2条形码序列对海南大戟科植物鉴定能力强,可作为DNA条形码序列对海南大戟科植物进行快速鉴定。     

峨眉山区桑科药用植物 ITS2 条形码序列鉴定

目的：评价以ITS2序列作为DNA条形码对峨眉山区桑科药用植物的鉴定作用。方法：于四川峨眉山地区采集桑科药用植物样本25个,提取DNA,对其ITS2序列进行PCR扩增并测序,从GenBank上下载23条同科ITS2序列;运用MEGA6.0对所有序列种间种内遗传距离进行计算分析,构建Neighbor Joining（NJ）系统进化树;利用TAXON DNA 软件分析所有序列种内、种间变异并作barcoding gap分析;从ITS2数据库中预测并比较样本ITS2序列的二级结构差异。结果：桑科样本种间K2P最小遗传距离（0.041）大于种内最大距离（0.005）,并有较为明显的barcoding gap;NJ树显示种各属样本分别聚为一大枝,种内之间于各属分支中各聚为一支;各属及各种样品ITS2二级结构存在明显差异。结论：以ITS2序列作为DNA条形码,能够对桑植物进行准确、快速的识别和鉴定,准确地弄清物种之间的系统进化关系,为峨眉山区该属药用植物的分布、种群及种群量研究提供指导,对其质量控制、安全用药及资源保护及合理开发利用提供理论依据。     

应用ITS2条形码鉴定中药材地黄

目的：应用ITS2 条形码序列准确、快速鉴定中药材地黄及其同属密切相关种,以确保该药材的质量及临床用药安全。方法：PCR 扩增产物测序后所得序列经质量分析和拼接,计算地黄及其同属物种的种内、种间K2P 遗传距离,基于K2P 模型构建NJ 树,对地黄药材进行鉴定。结果：地黄药材ITS2 序列长度为231 bp,种内变异较小,平均K2P 遗传距离为0.000 4,地黄药材及其同属密切相关种的种间平均K2P 遗传距离为0.031 2,种间最小K2P 遗传距离大于地黄药材种内的最大K2P 遗传距离。利用构建的NJ 树可以明显鉴定中药材地黄。结论：ITS2 作为条形码可以有效鉴定中药材地黄及其同属的密切相关种,为保障地黄药材的临床安全用药奠定了基础。     

应用ITS2条形码鉴定中药材麻黄

目的:应用ITS2条形码快速、准确地鉴定中药材麻黄,为其用药安全、有效提供保障。方法:提取麻黄药材及其同属密切相关种的DNA、扩增ITS2序列并测序,采用软件CodonCode Aligner V3.0对测序峰图进行校对拼接,并进行质量控制。应用MEGA5.0软件计算种内种间Kimura 2-parameter(K2P)遗传距离。应用相似性搜索法、最近距离法进行鉴定分析,并构建NJ系统聚类树直观反映鉴定结果。结果:麻黄药材基原物种种内K2P遗传距离分布于0～0.002,基原物种与其他密切相关种之间的K2P遗传距离分布于0.004～0.034;几种鉴定方法分析结果表明ITS2序列能将麻黄药材与其他密切相关种鉴别开。结论:ITS2条形码适用于鉴别中药材麻黄,进一步验证了DNA条形码技术鉴定中药材的有效性。     

应用DNA条形码ITS2序列对市售药材黄柏的鉴定研究

目的：应用DNA条形码ITS2序列鉴定市售黄柏药材及其混伪品,保障药材质量及用药安全。方法：对90份药材及其基原植物样品进行DNA提取,通过聚合酶链式反应（PCR）扩增ITS2序列并进行双向测序,运用CodonCode Aligner V3.7.1对测序峰图进行校对拼接,去除低质量区和引物区,得到ITS2序列,运用MEGA 6.1对序列进行比对分析,基于K2P遗传距离构建系统聚类树。结果：90份实验样品均能提取到DNA,其DNA经PCR扩增、测序,序列拼接剪切后均能得到高质量ITS2序列。川黄柏和关黄柏基原物种黄皮树和黄檗的种内最大K2P遗传距离分别为0.018和0.004,均远小于其与混伪品的种间最小K2P遗传距离（0.051和0.056）;NJ树结果显示川黄柏和关黄柏聚为一支,其混伪品各自聚为一支。结论：基于ITS2序列的DNA条形码技术可准确、有效地鉴定市售黄柏药材及其混伪品,为其市场监管及用药安全提供了一种高效的技术方法。     

党参药材及其混伪品的ITS/ITS2条形码鉴定研究

为简便有效地鉴定党参药材及其混伪品并验证ITS/ITS2 序列作为DNA 条形码鉴定药材的稳定性和准确性,本研究选用党参药材及其混伪品作为研究对象,对33 份药材样本提取基因组DNA,通过PCR 扩增ITS 序列,采用比对法、最小距离法对序列鉴定能力进行评估。通过序列比对,分析变异位点信息确定不同的单倍型并计算种内和种间K2P 距离。ITS2 序列采用基于隐马尔可夫模型的HMMer（Hidden Markov Model）注释方法获得。结果表明,党参药材3 个基原物种ITS 序列长度为654-655 bp,ITS2 序列长度均为239 bp,ITS/ITS2 序列种内平均K2P 遗传距离均远小于其与混伪品的种间平均K2P 遗传距离,因此ITS/ITS2 序列作为DNA 条形码能稳定、准确鉴别党参药材及其混伪品,为其鉴定提供新的技术手段。     

基于ITS和ITS2序列的药用石斛DNA条形码鉴定研究

目的 探讨内转录间隔区（internal transcribed spacer,ITS）和内转录间隔区2(internal transcribed spacer 2,ITS2)片段作为DNA条形码鉴别我国41种药用石斛种类的可行性。方法 通过PCR扩增测序结合GenBank公共序列筛选分别获得我国41种药用石斛的核基因ITS和ITS2序列433条和410条,以Kimura-2-parameter(K2P)模型计算种间和种内遗传距离,以邻接法（neighbor-joining,NJ）构建系统发育树,并对ITS2二级结构进行预测分析。结果 基于遗传距离和NJ树分析结果均显示,ITS和ITS2作为DNA条形码可分别有效区分待测的30和31种药用石斛,物种鉴定效率分别为73.2%和75.6%。联合系统发育树和ITS2序列二级结构分析,药用石斛种类的鉴定效率可提升至87.8%。结论 ITS2作为DNA条形码对药用石斛的物种分辨率优于ITS,物种取样数量可显著影响DNA条形码对药用石斛的物种鉴定效率。结果丰富了我国石斛属植物的DNA条形码数据库,为保障药用石斛种质资源和药用安全提供了科学基础和技术...     

ITS2和psbA-trnH序列鉴别马鞭草科药用植物

目的:评价几条热点DNA条形码候选序列对马鞭草科药用植物的鉴别能力。方法:选择psbA-trnH,rbcL,matK,ITS2和ITS序列进行评价,使用各序列的通用引物进行扩增和测序,用扩增及测序成功率,种内种间差异,barcod-ing gap,基于BLAST 1和Nearest Distance方法的鉴定成功率等指标来评价各序列的鉴定能力。结果:对马鞭草科32个种55个样本的序列分析发现,matK的扩增成功率太低,未纳入后续分析;ITS,ITS2,psbA-trnH以及rbcL的扩增及测序成功率分别为83.6%,83.6%,96.4%,98.2%,其鉴定成功率除rbcL为77.8%,75.9%外都为100%,但ITS2序列的种间,种内差异,barcoding gap较psbA-trnH,ITS有明显优势。ITS2序列进一步纳入网上163个样品的数据后其鉴定成功率依然可以达到89.5%,87.6%。结论:考虑到psbA-trnH较高的测序成功率,ITS2和psbA-trnH是适合马鞭草科植物鉴别的一个较好DNA条形码序列组合。     

基于ITS2条形码鉴定维药药西瓜及其误用品

目的:采用ITS2条形码对维吾尔药材药西瓜及其误用品栝楼、罗汉果进行分子鉴定,以确保药材质量及临床疗效。方法:提取维吾尔药材药西瓜及其误用品栝楼、罗汉果的DNA,并对药材进行PCR扩增其ITS2(internal transcribed spacer 2)并双向测序,经Codon Code Alingner V3.0对其测序峰图进行校对拼接后,用MEGA6.05软件计算种内种间遗传距离K2P(kimura 2-parameter),并构建邻接系统聚类树NJ(neighbor-joingtree,NJTree)。结果:提取维吾尔药材药西瓜及误用品栝楼、罗汉果基因组DNA后,经检测具降解现象,但仍可通过PCR扩增获得三者的ITS2序列;药西瓜与误用品之间的K2P遗传距离远大于药西瓜种内遗传距离;NJ系统聚类树结果表明能将药西瓜与其误用品区分开来,单独聚为一类。结论:ITS2条形码可准确鉴别维吾尔药材药西瓜及其误用品,为药西瓜的质量和临床用药安全提供了鉴定依据。     

基于ITS2条形码的两面针药材及其混伪品的鉴别

目的 利用ITS2条形码鉴别两面针药材及其混伪品,为两面针药材鉴定提供新方法.方法 采用PCR法扩增ITS2(转录第二间隔区)序列,双向测序后运用CodonCode Aligner、MEGA软件进行数据处理,构建系统聚类树(NJ树).结果 两面针药材及其混伪品基因组DNA降解明显,但不影响ITS2条形码的PCR扩增和测序,ITS2条形码序列分析表明种内与种间遗传距离具有较大差异,基于ITS2条形码构建NJ树可鉴别两面针药材及其混伪品.结论 ITS2条形码适用于两面针药材及其混伪品的鉴别,为两面针药材快速、准确鉴定提供新方法;为两面针基原研究提供重要的分子鉴定证据;同时为DNA条形码技术应用于其他根、茎类中药材的鉴定提供了示范作用.     

ITS和psbA-trnH序列鉴别绿绒蒿属藏药植物

目的 应用核基因ITS和叶绿体psbA-trnH序列对绿绒蒿属Meconopsis Vig. 藏药进行鉴别。方法 采集欧贝3种基原植物罂粟科绿绒蒿属毛瓣绿绒蒿Meconopsis torquata、红花绿绒蒿Meconopsis punicea、全缘叶绿绒蒿Meconopsis integrifolia,才温2种基原植物罂粟科绿绒蒿属总状绿绒蒿Meconopsis racemosa、多刺绿绒蒿Meconopsis horridula,对植物核糖体DNA内转录间隔区、叶绿体psbA-trnH非编码区序列进行测定与分析。结果 ITS序列分析显示,总状绿绒蒿与多刺绿绒蒿序列一致,其余任意两种间具有变异位点;psbA-trnH序列分析显示,任意两种间均有变异位点;两者结合可有效对所有5种植物进行区分鉴定。结论 ITS和psbA-trnH序列相结合可用于绿绒蒿属藏药欧贝和才温的分子鉴定。     

基于ITS2序列的杜仲及其主要混伪品的鉴定

目的 分析杜仲及其混伪品的ITS2条形码序列,探讨杜仲及其混伪品鉴定的新方法,为杜绝市售商品药材混乱现象提供技术支撑。方法 提取样品DNA,利用PCR方法对样品进行核基因ITS2 片段扩增,采用DNA克隆测序技术对ITS2基因进行双向测序,所得序列经Seqman程序拼接后,用软件MEGA 4.1进行相关数据分析,并构建邻接（Nighbor-joining, NJ）树。利用网站已建立的ITS2数据库预测ITS2二级结构。结果 杜仲种内最大K2P遗传距离远远小于其与混伪品的种间最小K2P遗传距离;由构建的系统聚类树图可以看出,不同来源的杜仲样品聚成一支,表现为单性系,并与其他混伪品明显分开;比较ITS2二级结构发现,杜仲与其混伪品在4个螺旋区的茎环数目、大小、位置以及螺旋发出时的角度均有明显差异。结论 ITS2序列作为DNA条形码可以有效地鉴别杜仲及其混伪品,为其种质资源鉴定及临床安全用药提供了重要分子依据。     

基于ITS2条形码鉴别市售柴胡药材及其混伪品

目的采用DNA条形码分子鉴定技术鉴别市售柴胡药材及其混伪品,以确保柴胡药材质量及临床用药安全。方法共收集85份柴胡药材,对其ITS2序列进行PCR扩增并双向测序,所得序列经CodonCode Aligner校对拼接后,利用MEGA 6.0对序列进行分析比对,计算种内、种间遗传距离,利用邻接法(NJ)构建系统聚类树,并应用ITS2数据库网站预测其ITS2二级结构。结果柴胡种内遗传距离明显小于柴胡与其近缘物种种间遗传距离,基于ITS2建立的NJ树和网站预测的ITS2二级结构,均能将柴胡药材及其混伪品区分开。85份样品中,55份符合《中国药典》2015年版规定的柴胡正品来源,正品率为64.7%。结论基于ITS2序列可以准确可靠地鉴别柴胡药材及其混伪品,为确保临床用药安全提供新的技术手段。     

市售中药材冬葵子和苘麻子ITS2条形码鉴定

目的利用ITS2条形码序列对市售中药材冬葵子、苘麻子进行分子鉴定,以保证药材使用的正确性和临床药效。方法收集冬葵子、苘麻子及其3种混伪品样品共87份。对实验样品进行ITS2基因片段扩增并双向测序,利用HMMer注释方法获得ITS2序列,再经Codon Code Aligner 6.0.2拼接,使用MEGA6.0进行种内、种间变异分析,遗传距离计算并构建NJ系统发育树;将所得序列转换成二维码图片,扫描识读后通过中药材DNA条形码数据库进行验证。结果冬葵子和苘麻子外观形态相似;冬葵子ITS2序列长度232 bp;GC量为67.6%;苘麻子ITS2序列长度231 bp,GC量为54.1%,二者均无种内变异。冬葵子和苘麻子ITS2序列比对后长度为233 bp,共存在50个变异位点。鉴定结果显示,收集的56份冬葵子药材中26份均为苘麻子,剩余30份为正品。冬葵子和苘麻子与其他3个混伪品的K2P遗传距离为0.224~0.868,平均距离为0.630,种间遗传距离远大于种内遗传距离。基于ITS2序列构建系统发育树可见冬葵子、苘麻子及其3个混伪品各自单独聚成一支,ITS2序列能够明显将其区分;此外,使用二维DNA条形码扫描可准确验证5个物种。结论 ITS2序列能够成功鉴定冬葵子、苘麻子及其常见混伪品,为种子类药材鉴别提供了新工具;二维码技术与DNA条形码技术的结合可以为药材的基原物种提供准确唯一的二维DNA条形码信息,可更好实现药材市场的信息化监管。     

ITS2二级结构系统发育信息在茄属药用植物DNA条形码鉴定中的应用价值

ITS2是中药鉴定的核心DNA条形码之一,基于ITS2的中药鉴定方法已被纳入《中国药典》,但分辨力不足仍是制约其推广应用的主要因素,因此需要进一步挖掘其有助于中药鉴定的遗传信息。在细胞内,ITS2以二级结构形式发挥功能,这种结构所蕴含的丰富遗传信息是核酸序列所无法体现的。该研究以茄属Solanum 26个物种的40个样本为研究对象来探究ITS2二级结构在茄属药用植物鉴定中的价值。作者利用Pic XAA-R,MASTR和Loc ARNA软件来比对二级结构,利用RNAstat软件将二级结构信息转为系统发育信息,最后利用最大简约法进行建树分析。研究结果表明将ITS2二级结构转化为系统发育信息后信息位点增加了88.57%,物种关系树上50%,75%,90%以上支持率的支系分别增加了19.05%,66.67%,66.67%,从而很好地解决了茄属几种药用植物的鉴定问题。鉴于以上结果,作者建议将ITS2二级结构信息作为系统发育信息的有益补充加入到目前DNA条形码分析中。     

基于ITS2条形码鉴别南大青叶的PCR-RFLP研究

目的建立南大青叶马蓝Baphicacanthus cusia的分子鉴别方法。方法分析36批马蓝及其混伪品的ITS2和psbAtrnH基因序列信息,根据关键差异位点建立相应的聚合酶链式反应法-限制性片段长度多态性分析(polymerase chain reactionrestriction fragment length polymorphism,PCR-RFLP)鉴别方法,并考察该方法的专属性和耐用性。结果马蓝的psbA-trnH基因序列与其混伪品的无明显位点差异,ITS2基因序列具有明显的种间差异,其中1个关键差异位点可被限制性内切酶Sma I识别和酶切,以此建立的PCR-RFLP鉴别方法符合《中国药典》2020年版四部中专属性和耐用性的要求。结论建立了有效鉴别南大青叶的PCR-RFLP方法,且该方法适用于基原物种为马蓝的其他中药材鉴别。     

基于ITS条形码及机器学习的黄檀属物种分子鉴别研究

目的 提高黄檀属的物种鉴别成功率,并将机器学习方法与传统的基于距离/系统发育树的方法进行比较,筛选最优的ITS条形码分析方法。方法 所使用的黄檀属物种ITS序列来自实验获得的3条以及从NCBI下载的399条共96个物种。以条形码ITS作为分子标记,对比距离法、系统发育树法及机器学习方法在黄檀属物种的鉴别成功率。结果 在基于机器学习方法的分析中,黄檀属物种的平均鉴别成功率为39.59%,其中BLOG能识别出42个黄檀属物种,其正确序列分类占比为95.75%。另外,SMO、Naïve Bayes、JRip、J48能够识别出34个物种,分别获得了79.10%、58.71%、72.64%、76.37%的正确序列分类占比。基于系统发育树法与距离法的分析分别获得28.13%和36.46%的鉴别成功率。结论 基于机器学习的黄檀属ITS条形码基原识别比距离法/系统发育树法拥有更高的鉴别成功率和社会经济效率。建议优先利用基于ITS条形码的机器学习方法对黄檀属物种进行基原识别。     

Identification of medicinal plants in the family Fabaceae using a potential DNA barcode ITS2

Aim of the study

To test whether the ITS2 region is an effective marker for use in authenticating of the family Fabaceae which contains many important medicinal plants.

Materials and methods

The ITS2 regions of 114 samples in Fabaceae were amplified. Sequence assembly was assembled by CodonCode Aligner V3.0. In combination with sequences from public database, the sequences were aligned by Clustal W, and genetic distances were computed using MEGA V4.0. The intra- vs. inter-specific variations were assessed by six metrics, wilcoxon two-sample tests and “barcoding gaps”. Species identification was accomplished using TaxonGAP V2.4, BLAST1 and the nearest distance method.

Results

ITS2 sequences had considerable variation at the genus and species level. The intra-specific divergence ranged from 0% to 14.4%, with an average of 1.7%, and the inter-specific divergence ranged from 0% to 63.0%, with an average of 8.6%. Twenty-four species found in the Chinese Pharmacopoeia, along with another 66 species including their adulterants, were successfully identified based on ITS2 sequences. In addition, ITS2 worked well, with over 80.0% of species and 100% of genera being correctly differentiated for the 1507 sequences derived from 1126 species belonging to 196 genera.

Conclusions

Our findings support the notion that ITS2 can be used as an efficient and powerful marker and a potential barcode to distinguish various species in Fabaceae.     

基于ITS2条形码及其二级结构的菊科药用植物的系统发育分析＊

目的 采用ITS2（Internal transcribed spacer2，内转录间隔区2）序列作为条形码技术对菊科药用植物进行鉴别。方法 选取来自西藏及四川康定、乐山和峨眉地区的菊科样品44种，提取DNA并对其进行PCR（Polymerase Chain Reaction，聚合酶链式反应）扩增，后测序，测序结果提交至GenBank；同时从GenBank上下载17条样本序列。对提交和下载的61条序列用MEGA7.0软件计算种内与种间的遗传距离，采用邻接法（neighbor-joinging，NJ）构建系统聚类树直观反应鉴定结果。从ITS2数据库中预测并比较样本ITS2序列的二级结构差异。结果 菊科植物种间最小遗传距离0.031大于种内最大遗传距离0.009，有较明显的barcoding gap；NJ树显示种各属样本分别聚为一大枝，种内之间各自聚成小支，表现出良好的单系性；各属及各种样品ITS2二级结构存在明显差异。结论 以ITS2序列作为DNA条形码，能够对菊科药用植物进行准确、迅速的识别与鉴定，是物种间进化关系准确的分子鉴定依据，可为该科植物的分布、种群及种群数量的研究提供指导，为控制药品质量、合理开发利用及保护提供了新手段。