Fremskritt i molekylær identifisering av Cistanche

Abstrakt:CistancherHerba, et sjeldent og verdifullt medisinsk materiale i Kina, har høy medisinsk verdi og økologisk verdi. Midt i utviklingen av molekylærbiologiske teknikker har en rekke DNA-baserte molekylær identifikasjonsteknikker blitt gradvis forbedret, og det er gjort store fremskritt i forskningen påCistancherHerba. Denne artikkelen gjennomgår DNA-baserte molekylære identifiseringsteknikker forCistancheog diskuterer begrensningene og bruksutsiktene, som forventes å tjene som en referanse for nøyaktig identifikasjon og kvalitetsevaluering av Cistanches Herba, beskyttelse og rasjonell utnyttelse av ressursene, og mangfold av avl.

Nøkkelord:Cistanche; molekylær identifikasjon; molekylær markørteknikk; identifikasjon og kvalitet; ressursbevaring

Klikk her for å vite mer om komponentene til Cistanche

Cistanche er den kjøttfulle stilken med tørr skjellblad til Cistanche deserticola YC Ma ogCistanche tubulosa(Schenk) Wight, en plante av slektenCistanchei familien Cistanche. Jiangyun, Cunyun, Cistanche og Chagangaoya (mongolsk språk) er kjent som "ørkenginseng" [2]. De siste årene, ettersom ressursene til ville Cistanche er på randen av utarming og den innenlandske etterspørselen øker dag for dag, har et stort antall forfalskede produkter fra Cistanche strømmet inn i markedet for kinesiske urtemedisiner, noe som har forårsaket store svingninger i markedsprisene. , og kvaliteten på medisinske materialer kan ikke garanteres, noe som setter sikkerheten til klinisk medisin i alvorlig fare. sex [3]. Derfor er bevaring, forskning og rasjonell utvikling og utnyttelse av Cistanche-plantekimplasma-ressurser nært forestående, og nøyaktig identifisering av Cistanche-plantekimplasma-ressurser er spesielt viktig.

like viktig. 2020-utgaven av "Pharmacopeia of the People's Republic of China" (heretter referert til som "Chinese Pharmacopoeia") registrerer bare at de tørkede skjellete kjøttfulle stilkene til Cistanche deserticola brukes som ekte medisiner. Fra situasjonens perspektiv er det i tillegg til plantene Cistanche og Cistanche tubehua registrert i 2020-utgaven av "Chinese Pharmacopoeia", også Cistanche sinensis G. Beck, C. salsa (CA Mey.) G. Beck, Lanzhou Cistanche C. lanzhouensis ZY Zhang, etc. [4], er det også et stort antall falske doping fenomen. Med utvikling og kontinuerlig forbedring av molekylærbiologisk teknologi, har molekylær identifikasjonsteknologi fordelene med mindre prøveforbruk, høy hastighet og høy nøyaktighet, og har blitt mye brukt i artsidentifikasjon av dyr og planter. Utviklingen av ressursutvinningsforskning går også relativt raskt [5]. For tiden har det vært en viss fremgang i identifiseringen av Cistanche medisinske materialer ved hjelp av molekylær identifiseringsteknologi. I henhold til klassifiseringen av molekylær markørteknologi som kreves for molekylær identifikasjon [6], gjennomgår denne artikkelen kimplasmaidentifikasjonen av Cistanche deserticola og andre aspekter, og diskuterer eksistensen av kimplasmaidentifikasjon av Cistanche deserticola. Analyser problemene og foreslå tilsvarende løsninger, med sikte på å gi referanse for beskyttelse, rasjonell utnyttelse og dyrking av nye varianter av Cistanche-planter.

1 Anvendelse av DNA-strekkodingsteknologi for identifisering av Cistanche-planter

1.1 DNA-strekkodingsteknologi

I 2003 introduserte professor Paul Hebert ved University of Guelph i Canada strekkodeteknologi i den biologiske verden og foreslo først konseptet "DNA-strekkode" [7]. DNA strekkodeteknologi er en effektiv metode for å identifisere tradisjonell kinesisk medisin og multibaserte råvarer. For det respektive DNA ble kandidatfragmentene amplifisert ved den generelle primerpolymerasekjedereaksjonen (PCR), PCR-amplifikasjonsproduktene ble renset, sekvensert og analysert, mål-DNA-strekkodesekvensen ble søkt, og et DNA-strekkodegjenkjenningssystem ble konstruert [8 ]. Avslutningsvis er DNA-strekkodeidentifikasjon en biomolekylær identifikasjonsmetode som bruker ett eller noen få relativt korte, standard DNA-fragmenter for artsidentifikasjon [9].

I løpet av de siste årene, gjennom kombinasjonen av høykapasitets sekvenseringsteknologi og DNA-strekkodeidentifikasjonsteknologi, har det blitt utviklet en ny teknologi som kan oppdage strekkodesekvenser av flere arter i blandede prøver på samme tid——DNA-metabarcode, hvis grunnleggende prinsipp. er å anvende high-throughput sekvensering Teknologien henter den amplifiserte sekvensen til den blandede strekkoden, og identifiserer artssammensetningen i den blandede prøven ved hjelp av bioinformatikkanalyse[10].

1.2 Valg av DNA-strekkodesekvenser

Strekkodesekvensene som kan brukes i DNA-strekkodingsteknologi inkluderer mitokondrielt koenzym Ⅰ (CO Ⅰ) DNA, 12S rRNA, 16S rRNA-sekvenser og ribosomalt 18S rDNA for dyreartsidentifikasjon[11]; ribosomalt 16S rDNA for bakteriell identifikasjon[12] ], ribosomale interne transkriberte spacer (ITS) genspesifikke fragmenter og CO I-sekvenser for soppidentifikasjon[13]; på grunn av den langsomme utviklingshastigheten til mitokondrielle genomer i planter, velges strekkodefragmenter hovedsakelig på kloroplastgenomet. De foreslåtte genfragmentene inkluderer hovedsakelig rpoB, rpoC1, matK, rbcL og UPA, og de ikke-kodende regionfragmentene inkluderer atpF-atpH, trnH-psbA, psbK-psbI og

Kjerneformet gen ITS[14]. I 2006 testet Chen Shilins forskningsgruppe diskrimineringsevnen til ITS2 på mer enn 6600 planteprøver, og fant at identifiseringseffektiviteten til ITS2 på artsnivå var så høy som 92,7 prosent, noe som indikerer at ITS2-sekvensen kan identifisere standard DNA-strekkoder for medisinplanter og nært beslektede arter. ITS2 ble brukt som en ny type universell DNA-strekkode for medisinplanter [15], og ble anerkjent av internasjonale peer-eksperter [16].

I 2013 diskuterte og godkjente National Pharmacopoeia Committee inkludering av retningslinjene for molekylær identifikasjon av DNA-strekkoder for kinesiske medisinske materialer i tilleggsutgaven av "Chinese Pharmacopoeia". ITS2 er kjernesystemet for DNA-strekkodeidentifikasjon for plantemedisinske materialer [17].

For tiden har mange forskere utført molekylær identifikasjonsforskning på Cistanche-planter. I følge forskningen til Chen Shilin et al. [18], ITS2 er egnet som standard strekkodesekvens for identifikasjon av medisinplanter. Sun Zhiying et al [19] fant at ITS2-sekvensen kan brukes som grunnlag for effektivt å identifisere den kinesiske urtemedisinen Cistanche deserticola og dens forfalskede produkter i DNA-strekkoder. Wang Xiaoyue et al[20] brukte ITS2-strekkoder for å identifisere 4 vanlige tilslørte produkter fra Cynomorium, Cistanche, Liedang og Cistanche, og etablerte med suksess det "molekylære identitetskortet" til Cistanches obfuskerte produkter. Metoden for å identifisere medisinske planter gjennom ITS2-sekvenser er relativt moden, og har fordelene av hurtighet, nøyaktighet og effektivitet. Derfor har bruk av ITS2-sekvensen for å identifisere Cistanche-planter blitt den mest brukte metoden.

1.3 Arbeidsflyt for DNA-strekkoding

Arbeidsflyten for DNA-strekkoding ligner på driften av molekylær fylogenetisk forskning, og hovedtrinnene er vist i figur 1. Gu Xiuyan [21] fikk tak i basesekvensen til ITS og analyserte forskjellene mellom arter, og fant at Cistanche er nært beslektet til Cistanche saltvann, og Cistanche i Lanzhou er nært beslektet med Cistanche, som også gir grunnlag for utvikling av nye medikamentkilder til Cistanche. basis. Li Zhenhua et al[22] utførte DNA-molekylær identifikasjonsforskning på Cynomorium, Cistanche og Huanghua Liedang, og realiserte rask og nøyaktig identifikasjon av Cistanche og falske Cynomorium, Cistanche og Huanghualiedang ved stedsspesifikk PCR.

Kort fortalt er det allerede en relativt komplett prosess for å identifisere plantearter ved hjelp av DNA-strekkoder. Å identifisere Cistanche-planter ved å analysere DNA-sekvenser og etablere en relatert database kan gi et mer grunnlag for identifikasjon og klassifisering av Cistanche-planter i fremtiden.

1.4 Dataanalyse av DNA-strekkoding

Bearbeiding og analyse av innhentede data er en svært viktig oppgave[18]. Etter at sekvenseringen er fullført, utføres sekvenssammenligning og manuell korreksjon for å fjerne lavkvalitetssekvenser og primerregioner. Vanlig brukt programvare inkluderer Chromas, CExpress[23], etc.; Den genetiske avstandsanalysen av den endelige sekvensen utføres vanligvis av MEGA-programvare [24] for å analysere den genetiske avstanden mellom prøver av forskjellige plantearter, og K2P-modellen [25-26] brukes til å beregne den intraspesifikke avstanden mellom arter ; konstruer deretter nabofylogenetreet (NJ) ved å bruke iTol-nettsiden [27] for å forbedre og forskjønne utviklingstreet (https://itol.embl.de/), og sjekk støttehastigheten for hver gren iht. støvelstroppen (1000 repetisjoner).

BLAST-metoden er en søkealgoritme basert på BLAST. Det er nødvendig å etablere eller laste ned en referansesekvensdatabase for artsidentifikasjon på GenBank-databasen (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/) for påfølgende analyse av genfragmenter og artsidentifikasjonsarbeid [28]. Xu Danyun et al[29] brukte 3 par DNA-strekkode-universelle primere for å identifisere 22 arter av Lauraceae-planter, og identifiserte 20 plantearter. Adolfo et al[30] identifiserte med suksess 3 arter av Pueraria-planter ved å bruke ITS2- og matK-strekkoder. Studiene ovenfor viser at ved å skaffe og analysere DNA-sekvensene til medisinplanter, kan plantearter identifiseres raskt og effektivt.

2 Anvendelse av andre molekylære markørteknikker for identifisering av Cistanche-planter

For organismer er deres egenskaper over molekylnivået til slutt bestemt av molekylære egenskaper. Sammenlignet med morfologisk analyse [31] og kromosomanalyse [32], kan molekylære markører avsløre det sanne ansiktet til biologisk genetisk mangfold. Sarwat et al[33] brukte amplifisert fragmentlengde polymorfisme (AFLP), selektivt amplifisert polymorf mikrosatellitt locus-teknologi (SAMPL), enkel intersekvensamplifikasjon av repetisjoner (ISSR), tilfeldig amplifisert polymorf DNA (RAPD) og andre molekylære markørteknikker oppdaget det genetiske mangfoldet av Tribulus terrestris-prøver samlet inn fra forskjellige steder i India, og resultatene viste at disse fire molekylære markørteknikkene kan få forskjellige DNA-fingeravtrykk som er unike for hver geografisk region. International Union for the Protection of Plant Variety Rights (UPOV) bruker også DNA molekylær markøridentifikasjon som et hjelpemiddel for DUS (distinctness uniformity and stabilitet) testing av avlingsvarianter [34]. For tiden er molekylære markørteknologier som AFLP, RAPD og ISSR relativt modne og mye brukt i identifisering av Cistanche-planter (tabell 1).

Brukerstøtte:

wallence.suen@wecistanche.com 0015292862950