药用植物DNA条形码鉴定策略及关键技术分析

DNA条形码（DNA barcoding）是近年来生物分类和鉴定的研究热点和方向,其在药用植物鉴定中的成功应用将可能是生药鉴定方法的革命性突破。本文结合具体研究工作就构建药用植物DNA条形码鉴定平台的标准化流程、药用植物DNA条形码鉴定序列的选择、DNA条形码序列校对机制、DNA条形码序列鉴定效率评价方法进行了探讨,并展望了DNA条形码的发展趋势。     

中药DNA条形码鉴定体系及研究方向

近年来,中药DNA条形码分子鉴定得到快速发展,加快了中药鉴定标准化的进程。通过中药DNA条形码鉴定研究,我国首次提出将ITS2序列作为药用植物鉴定的通用条形码序列,并建立以ITS2为核心、psbA-trnH为补充序列的植物类药材DNA条形码鉴定体系和以COI序列为核心、ITS2为辅助序列的动物类药材DNA条形码鉴定体系,为中药DNA条形码鉴定的发展奠定了坚实基础。本文结合课题组研究工作就构建中药DNA条形码鉴定体系进行了综述,包括中药DNA条形码序列的筛选确定、中药DNA条形码鉴定流程和中药DNA条形码鉴定数据库系统构建,并介绍了中药DNA条形码鉴定的研究方向。     

DNA条形码技术在中药鉴定中的应用进展

DNA条形码(DNA barcoding)技术利用标准的一个或多个DNA片段对物种进行鉴定,是近年来生物学研究的热点领域,也是生物学发展最迅速的方向之一。总结了植物DNA条形码研究的发展历程及最新进展,重点讨论了超级条形码在近缘物种鉴别中的应用前景,以及DNA条形码在中药材基原物种鉴定、道地药材鉴别以及中药材溯源系统研究中的应用,并强调了植物DNA条形码在中药资源评价、保护和可持续利用中的重要地位和作用,为药用植物DNA条形码研究提供新的思路。     

药用植物DNA条形码研究进展

近10年来,DNA条形码(DNA barcoding)技术飞速发展,已经成为国际上生物学研究的热点之一。该技术在鉴别动物物种上已经得到了广泛的认同和应用,但是在药用植物领域存在极大的挑战,至今还没能得出一个通用的候选序列。候选序列主要有单序列如matK、rbcL等,复合序列如rbcL+trnH-psbA等。现综述DNA条形码在药用植物鉴定中的应用研究,并对常用单序列和复合序列的鉴定应用展开了讨论;同时针对近期提出的以叶绿体全基因组作为"超级条形码"的可行性进行了分析讨论和展望,以期为中药药用植物的快速准确鉴定提供新的研究思路。     

中药材种子DNA条形码鉴定研究进展

种子是中药产业的源头,中药材种子的准确鉴定不仅关系到中药材的真伪,更关系到中药的安全性和有效性。由于多数中药材种子体积较小、内含物丰富、形态特征易受种子成熟度和环境条件的影响,难以通过传统方法进行有效鉴定。DNA条形码技术利用一段标准的DNA序列从基因层面对物种进行鉴定,不受环境等外部因素影响,具有通用、快速、准确等特点,逐渐成为中药材种子鉴定的研究热点。简述了DNA条形码技术在中药材种子鉴定中的研究现状,分析了中药材种子DNA条形码鉴定的技术要点,总结了不同类型中药材种子进行DNA条形码鉴定的原则,并提出了利用宏条形码技术鉴定市售混合中药材种子的研究方法,为中药材种子鉴定提供新的研究思路。     

《中药DNA条形码分子鉴定》即将出版

《中药DNA条形码分子鉴定》由国际科技合作项目和卫生行业科研专项资助,中国医学科学院药用植物研究所陈士林研究员等编著,人民卫生出版社即将出版。该书首次系统介绍了中药DNA条形码分子鉴定技术的原理、方法、技术流程及应用,并选取208种常用中药材和1000余种混伪品和近缘物种进行了DNA条形码鉴定,既有概念和理论,又有技术手段和案例的分析。     

豆蔻属药用植物DNA条形码鉴定研究

目的：针对鉴定十分困难的豆蔻属药用植物筛选适合其鉴定的DNA条形码序列,探索豆蔻属药用植物鉴定新方法。方法：对该属植物36个物种,46个样本的8个候选条形码序列（psbA- trnH, matK, rbcL, psbK-psbI, rpoB, atpB-rbcL, ITS, ITS2）进行PCR扩增、测序和序列分析,我们采用了4种方法对于数据进行分析,应用Mega4.1计算不同序列的种间和种内遗传距离（K-2P）;用Wilcoxon秩和检验比较不同序列的变异性;用Taxon DNA软件评估“Barcoding Gap”;用Blast、Distance方法检验物种鉴定的可靠性。结果：ITS2和ITS序列变异显著,物种水平鉴定成功率达100％,其它6个候选序列（psbA-trnH, matK, rbcL, psbK-psbI, rpoB, atpB-rbcL）不能有效鉴定豆蔻属物种。结论：本文推荐将ITS2和ITS作为豆蔻属药用植物潜在的DNA条形码序列,并依此建立该属药用植物的DNA条形码鉴定方法。     

濒危兰科药用植物DNA条形码鉴定

兰科药用植物形态分类困难,此研究采用DNA条形码分子鉴定法从分子水平验证兰科药用植物的传统形态分类。以matK,psbA-trnH和ITS2序列作为DNA条形码对已进行了形态鉴定的49属135种163份兰科药用植物样品进行分子鉴定,经DNA提取,PCR扩增、双向测序及校对拼接后,将得到的序列在GenBank中进行BLAST比对,然后运用MEGA 7.0软件中的Neighbor-joining(NJ)法构建物种系统进化树。结果表明,163份样品均能成功提取DNA;matK,psbA-trnH和ITS2序列的PCR扩增效率分别为100%,100%,98.77%;共获得487条序列,其中345条序列在GenBank数据库中比对到了相应物种的序列,142条为新增序列;运用NJ法构建的兰科药用植物系统进化树中,基于matK序列所构建的物种系统进化树要优于基于psbA-trnH和ITS2序列所构建的系统进化树。matK,psbA-trnH和ITS2序列在鉴定兰科药用植物过程中互为补充,DNA条形码分子鉴定法可用于辅助兰科药用植物的分类鉴定。     

中药材DNA条形码鉴定的基因序列比较

该文综述了中药材DNA条形码的研究现状,在此基础上分析了叶绿体基因和核基因在中药材系统进化及鉴定中的优缺点。ITS序列在植物中进化速率较快,适合属、种等较低分类阶元的系统关系研究,而ITS2更适合于中药材的鉴定。因此,中药材系统进化与鉴定研究应当根据研究问题选择相应DNA条形码序列。随着测序成本不断下降,叶绿体全基因组条形码在药用植物鉴定中的应用将更卓有成效。     

豆蔻属药用植物DNA条形码鉴定研究

目的:针对鉴定十分困难的豆蔻属药用植物筛选适合其鉴定的DNA条形码序列,探索豆蔻属药用植物鉴定新方法.方法:对该属植物36个物种,46个样本的8个候选条形码序列(psbAtrnH,matK,rbcL,psbK-psbI,rpoB,atpB-rbcL,ITS,ITS2)进行PCR扩增、测序和序列分析,我们采用了4种方法对于数据进行分析,应用Mega4.1计算不同序列的种间和种内遗传距离(K-2P);用Wilcoxon秩和检验比较不同序列的变异性;用Taxon DNA软件评估"Barcoding Gap";用Blast、Distance方法检验物种鉴定的可靠性.结果:ITS2和ITS序列变异显著,物种水平鉴定成功率达100%,其它6个候选序列(psbA-trnH,matK,rbcL,psbK-psbI,rpoB,atpB-rbcL)不能有效鉴定豆蔻属物种.结论:本文推荐将ITS2和ITS作为豆蔻属药用植物潜在的DNA条形码序列,并依此建立该属药用植物的DNA条形码鉴定方法.     

菊属植物DNA分子鉴定研究进展

本文对以药用植物菊和野菊为代表的菊属植物DNA分子鉴定研究现状进行了整理和归纳,对基因组原位杂交、DNA分子标记以及DNA 条形码等代表性的DNA分子鉴定技术在菊属植物中的研究进行了总结、讨论和展望,为菊属植物的分类鉴定和整理交流提供了科学依据。     

DNA条形码在中药破壁饮片物种鉴定的应用

目的:建立中药破壁饮片的DNA条形码鉴定方法。方法:通过提取15个品种的中药破壁饮片的基因组DNA,并利用DNA条形码鉴定技术中的ITS2和psb A-trnH两个片段进行物种鉴定。结果:ITS2可以成功地对这15个品种进行鉴定;psbA-trnH也可对大部分的样品进行鉴定。结论:说明DNA条形码技术在中药破壁饮片的物种鉴定上可以得到很好的应用;同时也验证了以ITS2为主,psbA-trnH为辅助的药用植物DNA条形码鉴定思路的正确性和可行性。另外,psbA-trnH的数据库也可能存在不足,需补充完善更全面的物种序列信息,以供日后的物种鉴定提供更全面的基因模板信息作为参考和对照。     

中国黄芪属药用植物DNA条形码（ITS2）鉴定

中国黄芪属植物种类繁多,具有重要的药用及生物学价值。本文采用了植物DNA条形码候选序列之一的ITS2片段来探讨在黄芪属药用植物中的鉴定能力。结果显示,ITS2基因区通用性强,序列在黄芪属物种间的差异较大,具有明显的Barcoding Gap,能够正确鉴定41个黄芪属植物物种,仅6个物种不能鉴定。此外,ITS2的二级结构也具有一定的系统学及分类学意义。本研究表明ITS2能够作为黄芪属药用植物鉴定的DNA条形码序列,具有重要的应用价值。     

中药材鉴定迈入基因时代

<正>中药材品种混乱及真伪鉴定方法欠缺严重影响中医药疗效与安全,为此,中国医学科学院药用植物研究所陈士林率领团队在国际科技合作等基金支持下,经过近十年研究,完成了8 000余种中草药及其混伪品的DNA条形码研究,创建了"中药材DNA条形码生物鉴定体系",能够实现中药资源信息检索、查询以及比对鉴定,从基因层面解决中药材与混伪品的物种识别问题。     

药用植物羌活种子DNA条形码鉴定研究

基于ITS2条形码对药用植物羌活种子进行分子鉴定,以确保基原正确。该研究对药用植物羌活种子进行形态特征比较,每份样品进行3次随机取样,对每次取样的单粒种子提取基因组DNA,PCR扩增,双向测序并拼接获得ITS2序列。通过遗传距离法、建树法,并结合中药材DNA条形码鉴定系统(www.tcmbarcode.cn)进行基原鉴定。结果显示,羌活与宽叶羌活种子形态特征相似,难以明显区分。经分子鉴定,27份种子样品有24份样品为2010年版《中国药典》规定的羌活正品基原种子,包括13份羌活种子,11份宽叶羌活种子,另外3份样品不属于羌活基原植物种子。研究证明,DNA条形码技术可以准确鉴别羌活种子基原,为中药材种质资源鉴定提供了新方法,对中药材种子质量标准的建立提供依据。     

中国黄芪属药用植物DNA条形码(ITS2)鉴定

中国黄芪属植物种类繁多,具有重要的药用及生物学价值.本文采用了植物DNA条形码候选序列之一的ITS2片段来探讨在黄芪属药用植物中的鉴定能力.结果显示,ITS2基因区通用性强,序列在黄芪属物种问的差异较大,具有明显的Barcoding Gap,能够正确鉴定41个黄芪属植物物种,仅6个物种不能鉴定.此外,ITS2的二级结构也具有一定的系统学及分类学意义.本研究表明ITS2能够作为黄芪属药用植物鉴定的DNA条形码序列,具有重要的应用价值.     

DNA条形码序列对9种蒿属药用植物的鉴定

目的采用DNA条形码序列对9种常见的蒿属药用植物进行鉴定,为常见蒿属药用植物的鉴定提供分子依据。方法对9种常见蒿属药用植物的4条候选DNA条形码序列(ITS2、rbcL、matK、psbA-trnH)进行PCR扩增和测序,比较各序列的扩增和测序效率,应用BLAST1、Distance方法来评估各序列的鉴定效率。此外,基于MEGA5分析9种常见蒿属药用植物ITS2序列种间K2P遗传距离并构建NJ树。结果除matK外,其余3条片段的PCR扩增和测序效率均为100%,ITS2序列对9种蒿属药用植物的物种水平鉴定成功率最高,为100%,而psbA-trnH、rbcL、matK、matK+rbcL的鉴定成功率(BLAST1法)分别为83.3%、66.7%、54.5%、75%。通过ITS2序列的种间K2P遗传距离及NJ树均能将不同物种全部区分。结论 ITS2序列可以作为鉴定蒿属药用植物的潜在条形码。     

近年来DNA微型条形码和DNA宏条形码在中药鉴定中的应用

中药鉴定是保证中药有效性和安全性的重要一环。DNA条形码技术让中药鉴定摆脱了经验依赖,弥补了传统化学方法和形态学方法鉴定中药材的不足,然而对于在炮制或加工过程中DNA降解的药材和复杂样品方面鉴定能力有限。中药DNA条形码鉴定技术近年来发展迅速,DNA微型条形码的出现,不仅可用于鉴定DNA发生严重降解的实验材料,在很大程度上弥补了传统条形码的短板,还可作为候选条形码,与标准条形码组合,共同鉴定混合中药材样本。此外,DNA宏条形码技术通过将DNA条形码与高通量测序技术相结合,以实现组合样本中多个物种的检测,是目前混合中药材鉴定方面最有效的分子鉴定方法。该文通过对近年来DNA微型条形码、DNA宏条形码在有关中药物种及中药共存微生物组成鉴定的研究进行梳理总结,以明晰该领域研究现状,并展望未来发展,为中药分子鉴定研究提供参考。     

中药材DNA条形码分子鉴定指导原则

随着中药材DNA条形码分子鉴定方法研究的深入与普及,国家药典委员会讨论通过在《中国药典》增补本中列入中药材DNA条形码分子鉴定指导原则,该指导原则通过对大样本量中药材进行DNA条形码分子鉴定研究,建立以ITS2为核心,psbA-trnH为辅的植物类药材DNA条形码鉴定体系和以COI为主、ITS2为辅的动物类药材DNA条形码鉴定体系.该文介绍了中药材DNA条形码分子鉴定指导原则及其起草说明,并对该原则在中药材鉴定方面的应用前景进行展望.     

基于DNA序列的石斛属药用植物鉴定研究进展

本文从核基因组、线粒体基因组和叶绿体基因组三方面,综述了目前常用DNA序列在石斛属药用植物的分子鉴定和物种分类研究中的进展。文献显示,目前用于石斛属物种分子鉴定研究的DNA序列主要有核ITS/ITS2、LEAFY,叶绿体rbcL、matK、trnH-psbA、rpoB、rpoC1、trnL-F、rbl16、trnl intron和线粒体基因组nad1 intron2,这些DNA序列均对石斛属药用植物鉴定具有借鉴意义。笔者对叶绿体全基因组序列作为“超级条形码”在石斛属植物中应用的可行性进行了展望,以期为石斛属药用植物的鉴定研究提供参考。