ITS2二级结构在药用植物DNA条形码鉴定中的可行性

发布时间：2017-12-08 07:24

  本文关键词：ITS2二级结构在药用植物DNA条形码鉴定中的可行性

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【摘要】：准确的物种鉴定是保证中医药疗效与安全的先决条件。传统中药材的鉴定方法,如基源鉴定、性状鉴定、显微鉴定和理化鉴定常常存在主观性强、稳定性差等缺点,因而使鉴定不够精准。DNA条形码技术作为物种鉴定的新技术克服了上述方法的缺点,已被广泛应用于中药材的鉴定。其中ITS2作为中药材鉴定的核心DNA条形码已经被纳入《中国药典》,但分辨力不足严重制约了其推广使用,需要进一步挖掘其有利于中药鉴定的系统发育信息。ITS2在细胞中主要是依靠二级结构形式来实现它的功能,其中蕴含着核酸序列所不具有的系统发育信息。部分类群的研究表明,在基于ITS2的系统发育分析中加入二级结构信息能够改善其系统发育分析结果,但是ITS2二级结构改善系统发育分析结果的程度以及二级结构信息能否应用于药用植物DNA条形码鉴定中,尚不明确。而RNA二级结构预测、比对和编码技术的日渐成熟,也为进一步探究及利用ITS2二级结构系统发育信息提供了可能。本研究通过测序或GenBank获取ITS/ITS2序列,通过GenBank注释和Hidden Markov模型界定ITS2边界。以属为单位将ITS2序列矩阵导入LocARNA软件构建并比对二级结构,使用改良后的RNAstat编码产生二级结构信息。利用PAUP建树软件以最大简约法构建系统发育树,最终建立ITS2二级结构的系统发育分析体系。本研究选取茄属(5olanum L.)药用植物及中药"木通"(Akebia quinata(Houtt.)Decne.)为研究对象,探究ITS2二级结构信息在药用植物DNA条形码鉴定中的实际物种分辨率。在此基础上,基于GenBank已有数据将研究扩大至种子植物100个属,以全面评估ITS2二级结构信息提升物种分辨率的能力。研究结果表明:(1)在木通植物中,加入ITS2二级结构信息,系统树的物种分辨率提高了 33%,且成功地将木通与其混伪品分开;在茄属药用植物类群中,加入二级结构信息后,很好地解决了茄属几种药用植物的鉴定问题。(2)常规的序列比对(ClustalX)方法可能存在缺陷,因为它和基于二级结构信息指导的核酸序列比对(LocARNA)产生的矩阵在长度、插入/缺失的大小和位置在多数属中存在一定的差异。(3)在种子植物类群中,将ITS2二级结构信息加入系统发育分析中,能够使ITS2核酸矩阵长度增加约31%,变异位点数增加约46%,信息位点数增加约45%;在该信息与核酸信息联合分析构建的系统树中,所有属的系统树支持率均有增加,但只有23(23%)个属的物种分辨率得到提升,物种分辨率平均提升8%,这使ITS2序列与ITS和组合条形码matK+ITS2、trnH-psbA+ITS2的物种分辨率相当。基于上述研究结果,本研究建议将ITS2二级结构信息作为重要补充信息与核酸信息一起纳入到药用植物DNA条形码鉴定中。该方法弥补了 ITS2核酸信息在DNA条形码鉴定中的不足,进一步完善了中药的分子鉴定体系,并为中药DNA条形码技术的发展提供了新的研究方向。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R282.5

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