紫堇属块茎类药用植物分子鉴别及其应用

来源 :安徽中医药大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:solarshu
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目的:紫堇属Corydalis植物的块茎因含丰富的生物碱成分而被广泛用于缓解疼痛。其中延胡索C.yanhusuo W.T.Wang ex Z.Y.Su et C.Y.Wu和浮生紫堇C.decumbens(Thunb.)Pers.的块茎分别为历版《中国药典》所载的常用中药延胡索和夏天无。两者分别来源于实心延胡索组Section Corydalis和叠生延胡索组Section Duplotuber。紫堇属其它种的块茎也常作为延胡索和夏天无的替代品在全国各地使用。齿瓣延胡索C.turtschaninovii Bess.不仅是我国东北地区习惯用品,还是《日本药局方》中药材延胡索的正品来源之一。目前延胡索和夏天无与其地方习惯用品的鉴别还缺乏有效手段,紫堇属块茎类植物部分类群的分类长期存在争议。本研究拟解决以下几个问题:(1)紫堇属块茎类植物有哪些法定药用植物;(2)紫堇属块茎类药用植物存在的分类争议对其鉴别有何影响;(3)确定紫堇属争议物种的分类地位;(4)开展延胡索、夏天无、齿瓣延胡索及其替代品的分子鉴别研究。方法:(1)查阅历代本草和现代药材标准,对紫堇属块茎类药用植物的种质进行考证。(2)对紫堇属15个物种57份样品进行DNA提取,通过克隆或PCR扩增后测序,获取其叶绿体片段(mat K,trn G,trn H-psb A,rbc L)和核糖体序列(ITS/ITS2),通过遗传距离分析和构建系统发育树对上述5条DNA条形码序列及其不同组合的物种鉴别能力进行评价,筛选出适用于紫堇属实心延胡索组和叠生延胡索组物种鉴别的最佳DNA条形码序列。(3)使用叶绿体片段(mat K,trn G,trn H-psb A,rbc L),利用单基因物种界定方法对紫堇属研究类群进行物种划分,探索该方法在紫堇属药用植物鉴别中的应用。(4)采用等位基因特异性PCR扩增法(AS-PCR),根据延胡索、夏天无和齿瓣延胡索叶绿体片段上的SNP位点,设计特异性PCR引物,对PCR反应体系等实验条件进行优选,为实现延胡索等正品药材的快速、准确鉴别提供有效手段。结果:(1)考证了紫堇属块茎类药用植物的种质来源。紫堇属块茎类药用植物种质主要来源于实心延胡索组和叠生延胡索组。实心延胡索组中包括延胡索在内的8个物种被历代本草或药材标准收载,其它物种仅作为民间草药。叠生延胡索组包括夏天无在内的3个物种均有药用记载。此外,唐宋时期以齿瓣延胡索等东北分布的块茎“色黄”者为延胡索的正品来源,明清以来主要来自栽培的延胡索。(2)实心延胡索组和叠生延胡索组物种的分类争议对紫堇属块茎类药材的鉴定带来一定影响,其类争议主要集中在实心延胡索组部分物种之间。首先是堇叶延胡索C.fumariifolia Maxim.与东北延胡索C.ambigua Cham.et Schltdl.等东北地区分布的延胡索类物种,其次为延胡索与齿瓣延胡索、最后是土元胡C.humosa Migo和小药八旦子C.caudata(Lam.)Pers.等,分类学家对以上物种不同的分类处理,为延胡索类药材的鉴别造成了一定困难,影响至今。(3)DNA条形码能成功实现延胡索、夏天无及其同组近缘种的鉴别。ITS/ITS2序列在紫堇属植物中存在多个不同的拷贝,因此不适合作为鉴别该类群物种的鉴别。mat K基因具有最多信息位点(13.62%)和最大鉴别效率(78.57%),是作为紫堇属药用植物鉴别的最佳DNA条形码序列,当与另外3个叶绿体片段(trn G,trn H-psb A,rbc L)联合使用时,实现了实心延胡索组和叠生延胡索组所有物种的鉴别。新种黄山夏天无C.huangshanensis在NJ树中聚成单系,表明分子证据支持其分类地位。此外,系统发育分析揭示了“蜜腺”这一性状在该类群物种进化和鉴别中的重要性。(4)单基因物种界定方法为实心延胡索组和叠生延胡索组物种的划分提供了新见解。利用ABGD和PTP法,结合遗传距离分析和T检验,结果发现东北地区的6个物种的种间变异程度(角瓣延胡索C.watanabei Kitagawa、东北延胡索C.ambigua、矮生延胡索C.humilis Oh et Kim、胶州延胡索C.kiautschouensis V.Poelln.、临江延胡索C.linjiangensis Z.Y.Su ex Liden、堇叶延胡索C.fumariifolia Maxim.)远远小于其姊妹类群的种间变异程度,差异显著,因此推测这6个物种可能为一个“复合群”。此外,ABGD和PTP法均支持新种黄山夏天无C.huangshanensis L.Q.Huang et H.S.Peng的分类地位。(5)AS-PCR法实现了延胡索、齿瓣延胡索和夏天无及其近缘种的快速鉴别。对实心延胡索组和叠生延胡索组14个物种共86份材料进行DNA提取和PCR扩增,并进行条件优化,结果表明模板量(0.6~1200ng)和退火温度(42~60℃)对扩增结果影响较小,循环次数对扩增结果影响较大。在20个循环的条件下,本研究设计的特异引物分别能扩增出延胡索、齿瓣延胡索和夏天无的特异性条带,长度分别为300 bp(mat K)、350 bp(trn G)和550 bp(mat K),而其近缘种均无条带,最小模板检出限分别为60 ng、0.6 ng和60 ng。结论:(1)紫堇属块茎类植物均作药用,其中被记载的药用种质有14种,主要来源于实心延胡索组和叠生延胡索组。延胡索和夏天无的使用历史较为悠久。(2)明确了该类群的分类争议,该争议对亲缘关系较远物种的鉴别影响较小,对近缘种的鉴别影响较大。药材鉴别应该在物种分类良好的基础上进行。(3)DNA条形码分子鉴定法成功鉴别了实心延胡索组和叠生延胡索组的所有样品,为延胡索类药材的正品和替代品的鉴别提供了可比对的DNA序列。(4)单基因物种界定方法在实心延胡索组和叠生延胡索组物种划分中的应用,揭示了东北分布的实心延胡索组植物可能存在物种过度划分的现象,并支持新种黄山夏天无的分类地位,为紫堇属药用植物分类的评估提供了新的途径。(5)等位基因PCR扩增法,为实现紫堇属药用植物的快速、准确鉴别提供了有效手段。本文创新点:(1)利用DNA条形码技术实现了延胡索、夏天无及其同组近缘种的鉴别,并首次揭示了ITS序列在该类群中致同进化不一致的情况,在该类群相关的分子研究中应该谨慎使用。(2)在传统分类鉴别和DNA条形码鉴别基础上,将ABGD和PTP单基因物种界定方法引入到紫堇属药用植物的鉴别中,丰富了分析手段,使研究结果更为可靠。(3)建立了一种快速鉴别延胡索、夏天无和齿瓣延胡索的方法,为药材及其替代品的鉴别提供了参考。
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