基于ITS2序列的荊芥及其混偽品的DNA條形碼鑒定

周建國 鄔蘭 馬雙姣 石林春 金鉞 姚輝

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基于ITS2序列的荊芥及其混偽品的DNA條形碼鑒定

周建國 鄔蘭 馬雙姣 石林春 金鉞 姚輝

目的 通過分析裂葉荊芥及其混偽品的ITS2條形碼序列，探索鑒定荊芥、荊芥穗及其混偽品的新方法，以保證荊芥的質量及臨床療效。方法 對裂葉荊芥樣品進行DNA提取、PCR擴增ITS2片段和雙向測序，所有序列用軟件MEGA 6.0進行相關數據分析，對裂葉荊芥及其混偽品間的種間序列差異進行分析比較，計算其種間、種內K2P遺傳距離，并構建鄰接樹。結果 裂葉荊芥ITS2序列長度為232 bp，G+C含量為66.8%，序列高度保守，種內無變異位點。裂葉荊芥與其混偽品種間變異位點較多，種間K2P最小距離為0.0175，大于其種內距離，NJ樹顯示可以將裂葉荊芥與其混偽品完全分開。結論 ITS2序列可鑒別荊芥、荊芥穗及其混偽品，為荊芥的種質資源鑒定和保證臨床用藥安全提供了良好的技術手段。

荊芥； ITS2序列； 鑒定； DNA條形碼； 混偽品

荊芥為中國傳統中藥材，《中華人民共和國藥典》（一部）記載其來源為唇形科植物荊芥Schizonepeta tenuifolia Briq.的干燥地上部分，具有解表散風，透疹，消瘡的功效，常用于感冒、頭痛、麻疹等癥［1］。該物種在《Flora of China》收錄為裂葉荊芥Nepeta tenuifolia Benth.。臨床應用中，荊芥藥材混偽品主要為同屬多裂葉荊芥Nepeta multifida L.、荊芥 Nepeta cataria L.、藜科土荊芥 Chenopodium ambrosioides L.。荊芥藥材臨床多采用栽培品［2］，裂葉荊芥（為區別于混偽品荊芥N.cataria L.，下文荊芥、荊芥穗藥材基原物種稱為裂葉荊芥）靠種子繁殖。據文獻資料記載［3］，裂葉荊芥子的混偽品主要為車前子，已有學者對二者從藥材來源、性狀、顯微、理化等方面進行了研究［4-6］，而在分子鑒定方面僅見鄔蘭等［7］對裂葉荊芥子和車前子進行了ITS2序列分析。裂葉荊芥的干燥花穗作為荊芥穗入藥，其混偽品主要為水荊芥（香薷）Elsholtzia ciliata （Thunb.）Hyland.［8］的干燥花穗。目前，對荊芥藥材、荊芥子和荊芥穗及其混偽品的鑒別缺少綜合性研究與分析。

DNA條形碼技術是利用基因組中相對較短的、標準的DNA片段對物種進行準確鑒定的新方法，具有簡便高效的特點，不受樣品性狀以及研究者的專業水平限制，適用于中藥材的真偽鑒定［9-11］。目前，對植物類藥材來說，ITS2片段是最具優勢的DNA條形碼序列之一［12-13］，已被《中華人民共和國藥典》收錄［14-15］。本研究運用ITS2序列對荊芥藥材、荊芥子和荊芥穗及其混偽品進行鑒定研究，旨在為該藥材的用藥安全及種質資源保護等方面提供分子依據。

1 材料與方法

1.1 材料

研究材料包括7個物種60份樣品，其中荊芥藥材、荊芥子和荊芥穗樣品共41個，包括基原植物樣本4份、藥材樣本25份、對照藥材樣本1份、荊芥子樣本11份和復核樣本2份，分別來源于陜西秦嶺、湖北神農架林區、國家藥用植物種質資源庫及河北安國藥市、安徽亳州藥市、日本東京某漢方藥店等，復核樣本（樣本號為YC0176MT07，YC0176MT08）由北京市藥品檢驗所、湖南省食品藥品檢驗研究院進行復核驗證，從GenBank上下載的裂葉荊芥序列6條。裂葉荊芥混偽品序列19條，具體樣本信息見表1。

1.2 方法

1.2.1 DNA提取 裂葉荊芥干燥葉片及種子樣品取樣量分別為20 mg和50 mg，種子類的樣品研磨后用核分離液［100 mmol/L Tris-HCl（pH 8.0），20 mmol/L EDTA（pH 8.0），0.7 mmol/L NaCl，2% PVP40，0.4% β-巰基乙醇］洗滌3次，均利用植物DNA提取試劑盒（Bioteke Co.，China）提取DNA，按操作說明進行。葉片樣品65℃水浴30分鐘，種子類65℃水浴1小時。

1.2.2 PCR擴增及測序 ITS2通常采用引物包括S2F：5′-ATGCGATACTTGGTGTGAAT-3″和 S3R： 5″-GAC GCTTCTCCAGACTACAAT-3′。擴增程序為94℃，5 min；94℃，30 s，56℃，30s，72℃45 s，40個循環；72℃，10 min。PCR反應體積為25 μL，參照Chen等［12］的研究方法。電泳查看PCR擴增情況，PCR擴增產物由中國農業科學院開放實驗室進行雙向測序。

1.2.3 數據處理 對測序得到的峰圖利用CodonCode Aligner V 5.1.5進行比對和拼接，去除引物區，獲得嚴格一致性序列，將實驗數據和從GenBank上下載的序列使用基于隱馬爾可夫模型HMMer［16］注釋方法以獲得 ITS2間隔區序列，然后將所有序列用軟件Molecular Evolutionary Genetics Analysis 6.0進行分析比對，并基于 Kimura-2-parameter（K2P）雙參數模型計算遺傳距離，用鄰接（NJ）法構建系統分類樹。

表1 裂葉荊芥及其混偽品的樣品信息

表2 裂葉荊芥及其混偽品ITS2序列種內種間K2P距離計算結果與變異位點數目

2 結果與分析

2.1 裂葉荊芥與其混偽品ITS2序列種內種間變異分析

裂葉荊芥葉片和種子不同來源樣品與從GenBank上下載的序列共有41條，序列長度均為232 bp，G+C含量為66.8%，種內無變異位點，K2P遺傳距離為0。荊芥樣品與其混偽品種間序列進行比對后，長度為281 bp，ITS2序列間變異位點較多，達151個，裂葉荊芥與其混偽品的K2P距離范圍為：0.0175～0.6914（見表2）。種間最小K2P距離大于種內K2P距離。

2.2 裂葉荊芥及其混偽品的ITS2序列聚類分析

因為裂葉荊芥種內無變異位點，所以選取其中兩條 ITS2序列（樣本號：YC0176MT06、YC0176MT19），用MEGA 6.0構建裂葉荊芥及其混偽品NJ系統分類樹（圖1），從NJ樹中可以看出，裂葉荊芥聚為一支，其混偽品各自聚為一支。因此，ITS2條形碼序列可將裂葉荊芥及其混偽品很好地區分開來。

3 討論

3.1 荊芥藥材、荊芥子及荊芥穗的DNA提取

荊芥藥材、荊芥子和荊芥穗采用DNA提取試劑盒一般都能成功提取其DNA，但荊芥子內含豐富油脂，研磨時易被氧化，而且易粘在離心管壁上，損失較大，提取時應加大樣品量，加大聚乙烯吡咯烷酮的使用量，用核分離液洗滌多次，并延長水浴時間。在其他種子類藥材DNA提取中也采用類似處理，如凃媛等［17］研究發現天仙子等種子類藥材65℃水浴3小時的DNA提取效率較高，宋明等［18］在提取車前子DNA時用核分離液洗滌三次，以56℃水浴8～9小時，可以成功提取其所有樣品DNA。

圖1 基于ITS2序列構建的裂葉荊芥及其混偽品的NJ樹

3.2 應用ITS2條形碼鑒定荊芥藥材、荊芥子、荊芥穗及其混偽品的穩定性和準確性

辛天怡等［19］指出DNA條形碼鑒定穩定性是指不同產地、不同批次的樣品均能夠穩定地獲得DNA條形碼序列。本研究從各地收集了荊芥藥材、荊芥子、荊芥穗的相關樣品共35個，均可穩定獲得ITS2序列。所有序列經比對后發現均無變異位點，種內K2P距離為0，說明采用DNA條形碼鑒定荊芥具有良好的穩定性。荊芥與其混偽品ITS2序列變異位點較多，種間K2P距離大于種內距離，基于NJ樹也可以明顯區分荊芥及其混偽品。本研究中荊芥子與其混偽品車前子ITS2序列的研究結果與鄔蘭等［7］的研究結果一致。因此，應用ITS2條形碼鑒定荊芥藥材、荊芥子、荊芥穗及其混偽品具有良好的重復性和穩定性。

3.3 DNA條形碼分子鑒定在實際工作中的意義

中國是中藥資源生物多樣性最豐富的國家［20］。由于中醫在中國保健事業中的重要地位，大量利用中藥已使中國成為自然資源消費的國際大國［21］。所以，中藥基原的準確鑒定對資源的可持續利用和臨床療效起著至關重要的作用。荊芥作為解表透疹藥在臨床上廣泛使用，但市場上荊芥質量良莠不齊，存在以次充好、以假亂真的現象，傳統生藥鑒定方法難以滿足現代中藥準確鑒定的需求。作為傳統鑒定方法的有效補充，中藥材DNA條形碼分子鑒定指導原則中明確指出，DNA條形碼技術通過精密度考察和方法適用性考察，確保鑒定結果穩定、可靠［22］。在對金錢草［23］、砂仁［24］、羌活［19］、大黃［25］、北豆根［26］等藥材DNA條形碼的分析，驗證了ITS2條形碼序列用于中藥鑒定的穩定性和準確性。利用DNA條形碼技術對荊芥藥材、荊芥子和荊芥穗進行準確鑒定，有利于保證藥材在市場上的流通和監管，有利于保護荊芥種質資源，從源頭上保證荊芥藥材的質量安全和臨床療效。

致謝

感謝北京市藥品檢驗所、湖南省食品藥品檢驗研究院對部分樣品進行復核！

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（本文編輯：韓虹娟）

Identification of Schizonepeta tenuifolia Briq.and its adulterants based on ITS2 sequence by DNA barcoding method

ZHOU Jian-guo，WU Lan，MA Shuang-jiao，et al.The Key Laboratory of Bioactive Substances and Resources Utilization of Chinese Herbal Medicine，Ministry of Education，Institute of Medicinal Plant Development，Chinese Academy of Medical Sciences&Peking Union Medical College，Beijing 100193，China

YAO Hui，E-mail：scauyaoh@sina.com

Objective This study aimed to explore a new method to identify the original plant of Schizonepeta tenuifolia Briq.and its adulterants by the ITS2 sequence，and assure its quality and clinical curative effect.Methods Genomic DNA of S.tenuifolia were extracted and then the ITS2 sequences were obtained by direct PCR amplification and sequenced bidirectionally.All data of sequences were analyzed by software MEGA 6.0，the Kimura 2-Parameter（K2P）distances were calculated，and the phylogenetic tree was constructed by the neighbor joining（NJ）method.Results The sequence length of the ITS2 of Schizonepeta tenuifolia was 232bp，and the G+C content was 66.8%.The intra-specific variation was highly conservative.There were many variation sites of ITS2 sequences between Schizonepeta tenuifolia Briq.and its adulterants.The results showed that the minimum inter-specific divergence was 0.0175，which was larger than the maximum intra-specific divergence.The NJ tree indicated that Schizonepeta tenuifolia could be distinguished from its adulterants obviously.Conclusion The ITS2 region can be used as a barcode for identification of Schizonepeta tenuifolia Briq.，which provide a new technique for the authentication of germplasm resouces and ensure clinical safety in utilization of traditional Chinese medicine.

Schizonepeta tenuifolia Briq； ITS2 sequence； Identification； DNA barcoding；Adulterants

重大新藥創制國家科技重大專項（2014ZX09304307001）；國家科技支撐計劃（2011BAI07B08）

100193 中國醫學科學院北京協和醫學院藥用植物研究所中草藥物質基礎與資源利用教育部重點實驗室［周建國（碩士研究生）、馬雙姣（碩士研究生）、石林春、金鉞、姚輝］；中國中醫科學院中藥研究所［鄔蘭（博士研究生）］

周建國（1993-），2015級在讀碩士研究生。研究方向：中藥資源與分子鑒定。E-mail：1312905813 @qq.com

姚輝（1976-），博士，研究員。研究方向：中藥資源學。E-mail：scauyaoh@sina.com

R282.5

A doi：10.3969/j.issn.1674-1749.2016.08.005

（2016-03-01）