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Das vorliegende Protokoll beschreibt die Verwendung der DNA-Barcoding-Technologie zur Authentifizierung von pflanzlichen medizinischen Materialien und der Heilpflanze Angelica sinensis (Oliv.) Als Beispiel wurde Diels genannt.
Heilpflanzen sind weltweit wertvolle Ressourcen und werden weltweit zur Erhaltung der Gesundheit und zur Behandlung von Krankheiten eingesetzt. Das Vorhandensein von Verfälschungen behindert jedoch ihre Entwicklung. DNA-Barcoding, eine Technik zur Artidentifizierung anhand von Standard-DNA-Regionen, ermöglicht eine schnelle und genaue Identifizierung traditioneller Heilpflanzen. Der Prozess des DNA-Barcoding umfasst sechs grundlegende Schritte: 1) Verarbeitung der Heilpflanzen, 2) Extraktion hochwertiger Gesamt-DNA aus den Heilpflanzen mit der Zentrifugalsäulenmethode, 3) Amplifikation des internen transkribierten Spacers 2 der Ziel-DNA-Region (ITS2) mit universellen Pflanzenprimern und Durchführung der Sanger-Sequenzierung, 4) Spleißen und Ausrichten der Sequenz, um die Zielsequenz zu erhalten, 5) Abgleich der Barcode-Sequenz mit der Barcode-Bibliothek zur Identifizierung, 6) Ausrichtung der Sequenz, Vergleich intraspezifischer und interspezifischer Variation, Konstruktion eines phylogenetischen Nachbar-Joining-Baums. Wie die Ergebnisse zeigen, kann der universelle Primer die Zielregion amplifizieren. Basic Local Alignment Search Tool (BLAST) zeigt, dass der identifizierte Prozentsatz 100 % betrug, und der Nachbarverbindungsbaum zeigt, dass die Spleißsequenzen mit der A . sinensis OR879715.1-Klade gruppiert wurden und der Wert der Kladestütze 100 beträgt. Dieses Protokoll bietet eine Referenz für die Anwendung der DNA-Barcoding-Technologie als effektive Methode zur Identifizierung von Heilpflanzen und Verfälschungsmitteln.
Heilpflanzen haben ein breites Spektrum an pharmakologischen Wirkungen und sind wichtige Substanzen für die Behandlung und Vorbeugung von Krankheiten. Die Marktnachfrage nach Heilpflanzen in pflanzlichen Arzneimitteln und pharmazeutischen Produkten ist enorm und wächst weiter. Mit dem wachsenden Markt für Heilpflanzen hat das Problem der Verfälschung die Entwicklung von Heilpflanzen behindert. Derzeit leidet die Verfälschung von Heilpflanzen unter diesen Gründen: 1) Die ähnliche Morphologie von Heilpflanzen erschwert es, sie richtig zu identifizieren und zu verwenden 1,2,3,4,5, 2) Die steigende Nachfrage nach Heilpflanzen hat zu einem unzureichenden Angebot auf dem Markt geführt 6,7, 3) Heilpflanzen sind teuer und haben schwankende Preise, und die Verwendung von billigen Kräutern anstelle von wirtschaftlich wertvollen Materialien hat zu Verfälschungen und Marktgewinngier geführt 8,9. Um die Probleme der richtigen Identifizierung und Verwendung von Heilpflanzen zu lösen, besteht ein Bedarf an einer Technologie, die es Laien ermöglicht, die Quellezu identifizieren 10.
Es gibt Einschränkungen bei der korrekten Identifizierung und Verwendung von Heilpflanzen allein anhand des Aussehens und des Geruchs11. Für eine genauere Identifizierung und Qualitätskontrolle werden physikalisch-chemische Methoden eingesetzt12. Die Dünnschichtchromatographie (DC) zum Beispiel ist eine schnelle Methode zur Identifizierung von Heilkräutern und wurde in das chinesische Arzneibuch aufgenommen. Dennoch sind Referenzstandards erforderlich, um die Pflanzen zu identifizieren13. Die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) kann sowohl qualitative als auch quantitative Tests durchführen und eignet sich daher für die Qualitätsprüfung von Arzneimitteln. Dieses Instrument ist jedoch teuer und erfordert spezielle Kenntnisse, um es zu bedienen14,15. Die DNA-Barcoding-Technologie ist eine schnelle und genaue Technologie zur Identifizierung von Arten, die Arten anhand stabiler DNA-Sequenzen identifiziert, um zwischen Pflanzen mit ähnlicher Morphologie zu unterscheiden. Hebert et al. schlugen eine DNA-Barcoding-Technologie zur Identifizierung von Arten vor, die eine anerkannte und relativ kurze DNA-Sequenz innerhalb des Genoms verwendet16, Chen et al. schlugen ITS2 als universelle Sequenz für die molekulare Identifizierung von Heilpflanzen vor und identifizierten mehr als 6600 Pflanzen und fanden eine hohe Identifizierungsfähigkeit17. Die Untersuchung von Heilpflanzen auf der Grundlage von ITS2- und Chloroplasten-Genfragmenten hat die Fähigkeit zur Unterscheidung von Arten auf Artebene gezeigt, mit Anwendungen in den Bereichen Ressourcenschutz, Marktregulierung und internationaler Handel 17,18,19. Die Anwendung von DNA-Barcoding kann die Einschränkungen traditioneller Identifizierungsmethoden überwinden, was hilfreich ist, um die Qualität und Sicherheit von Heilpflanzen zu gewährleisten und Ressourcenmissbrauch und Verwirrung zu verhindern20. Es hat sich als vorteilhaft für die Erforschung von Heilpflanzen erwiesen, unterstützt das Wachstum der Kräuterindustrie auf nachhaltige Weise und bietet eine Garantie, dass der Verbraucher die richtigen Medikamente einnimmt 21,22,23,24.
Das Papier skizziert Protokolle für die Anwendung von DNA-Barcoding zur Identifizierung von Heilpflanzen am Beispiel von A. sinensis. Beim DNA-Barcoding werden ein oder mehrere standardisierte kurze genetische Marker in der DNA eines Organismus verwendet, um ihn als zu einer bestimmten Spezies gehörend zu erkennen. Die derzeitigen Methoden zur Identifizierung von Heilpflanzen haben gewisse Einschränkungen. Die traditionelle morphologische Identifizierung stützt sich stark auf die umfangreiche Erfahrung von Experten, die durch menschliche Faktoren beeinflusst werden kann, während die chemische Identifizierung anfällig für Probleme wie die Verfälschung von Schlüsselverbindungen ist. Im Gegensatz dazu bietet DNA-Barcoding ein genaueres Mittel zur Identifizierung von Spezies und bietet Vorteile wie Geschwindigkeit, hohe Reproduzierbarkeit und Stabilität. Darüber hinaus ermöglicht diese Technologie die zentrale Verwaltung und den Austausch vorhandener Artensequenzdaten über das Internet und Informationsplattformen, wodurch die Effizienz und Zuverlässigkeit der Artenbestimmung erheblich verbessertwird 11,12. Aufgrund ihrer ähnlichen Morphologie und ihrer ähnlichen medizinischen Bestandteile wird A. sinensis häufig mit anderen Arten verwechselt und häufig missbraucht oder absichtlich auf dem Markt substituiert25. Yang et al. identifizierten A. anomala mithilfe von DNA-Barcoding, um es von falschen Medikamenten zu unterscheiden26. Yuan et al. sammelten 23 Arten von Angelica und verwendeten DNA-Barcoding, um zwischen den verschiedenen Arten zu unterscheiden27. Durch die Befolgung der in diesem Protokoll beschriebenen Verfahren werden Benutzer in der Lage sein, pflanzliche medizinische Materialien von der Vorverarbeitung bis zum endgültigen Abgleich der Barcode-Sequenz mit der Barcode-Datenbank zu authentifizieren (Abbildung 1).
1. Vorbereitung der Probe
2 DNA-Extraktion aus der Probe
HINWEIS: In dieser Studie wird ein pflanzengenomisches DNA-Extraktionskit verwendet, das auf der CTAB-Methode basiert. Die DNA-Extraktion wird gemäß der Bedienungsanleitung mit einigen Modifikationen durchgeführt, einschließlich der Hinzufügung eines einzigartigen nuklearen Isolationspuffers (NIB). Das Protokoll verbessert die DNA-Reinheit, indem es zunächst die Verunreinigungen vom Gewebe trennt und dann einen ersten Schritt zur Kernisolierung28, 29, 30 hinzufügt.
3 Amplifikation und Detektion von Zielfragmenten
HINWEIS: Wählen Sie geeignete Amplifikationsprimer basierend auf den vorgeschlagenen DNA-Barcoding-Regionen der Pflanze aus. Die Reaktionsbedingungen sind in Tabelle 2 dargestellt.
4. Datenerhebung und -analyse
HINWEIS: Es gibt eine breite Palette von Software für die Sequenzzusammenstellung und -analyse. Zur Veranschaulichung verwenden wir den Codon-Code Aligner V11.0.1 und MEGA11 als Beispiele.
DNA-Qualität der Probe
Der Bereich der OD260/OD280-Absorptionsverhältnisse lag zwischen 1,80 und 1,84. Die mit dem Spektralphotometer gemessene DNA-Menge für jede Probe betrug mehr als 100 ng/μl (Tabelle 3), was auf eine gute Qualität der DNA-Extraktion der Probe hinweist. Dies deutet darauf hin, dass die Proben während des Extraktionsprozesses nicht durch Proteine, RNA oder Reagenzien kontaminiert wurden und dass sie vo...
Die molekulare Identifikationstechnologie ist leichter zu erlernen und zu beherrschen als herkömmliche Identifizierungsmethoden. Sie überwindet die Grenzen der traditionellen Identifizierung von Heilkräutern, da sie nicht vom Wachstumsstadium der Pflanze beeinflusst wird und nicht auf subjektiver Beurteilung oder der Anhäufung von Fachkenntnissen beruht35. Andere Arten werden aufgrund ihrer ähnlichen Morphologie und ihrer medizinischen Bestandteile mit A....
Die Autoren erklären, dass die Forschung in Abwesenheit von kommerziellen oder finanziellen Beziehungen durchgeführt wurde, die als potenzieller Interessenkonflikt ausgelegt werden könnten.
Diese Arbeit wurde unterstützt durch das Förderprojekt der Chengdu University of Traditional Chinese Medicine (030040015).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
CTAB Rapid Plant Genomic DNA Extraction Kit | Shanghai Huiling Biotechnology Co. | NG411M | Suitable for rapid extraction of high quality genomic DNA from different tissues of a wide range of plants |
DL5000 DNA Marker | Nanjing vazyme Bio-technology Co. | MD102-02 | Ready-to-use product, take an appropriate amount of this product directly for electrophoresis when running the gel. |
Electrophoresis | Beijing Liuyi Biotechnology Co. | DYY-6C | Adopt touch screen design, can display set voltage, set current at the same time, parallel output |
Ethylenediaminetetraacetic acid | BeijingpsaitongBiotechnologyCo.,Ltd | E70015-100G | Nuclear Isolation Buffer formulation reagents. |
Goldview Nucleic Acid Gel Stain(10,000×) | Yisheng Biotechnology (Shanghai) Co., Ltd | 10201ES03 | When using agarose gel electrophoresis to detect DNA, it binds to DNA and produces a strong fluorescent signal. |
High-Speed Tabletop Centrifuge | Changsha High-tech Industrial Development Zone Xiangyi Centrifuge Instrument Co. | H1650 | For fast and efficient separation of samples, this compact and lightweight centrifuge offers reliable safety |
High-Throughput Tissue Grinder | Shanghai Jingxin Industrial Development Co. | Tiss-48 | A high-frequency vibration instrument for grinding samples |
http://www.gpgenome.com/ | Institute of Chinese Materia Medica, China Academy of Chinese Medical Sciences | - | HerbGenomics database includes genome sequences, gene sets, organelle genomes, low coverage genome data and DNA barcode sequences. |
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ | U.S. National Library of Medicine | - | The National Center for Biotechnology Information advances science and health by providing access to biomedical and genomic information. |
Kylin-Bell | Haimen Qilinbel Instrument Manufacturing Co. | VORTEX-5 | Rapid mixing in the form of a high-speed vortex, mixing speed, uniformity, thoroughness |
LifeTouch | Hangzhou BORI Technology Co. | TC-96/G/H(b)B | Adoption of advanced thermoelectric refrigeration technology and newly created TAS technology to enhance its overall performance |
Multi-functional Gel Image Analysis System | Southwest Operation Center of Shanghai Tianneng Life Science Co. | Tanon-Mini Space 2000 | Performs rapid gene amplification experiments with a gradient function for mapping amplification conditions and a gradient temperature range of up to 30°C |
NaCl | Beijing Solarbio Science&Technology Co.,Ltd. | S8210-100 | Nuclear Isolation Buffer formulation reagents. |
Nanodrop One | Genes Ltd. | ND ONE | Quantify DNA, RNA and protein samples in seconds with just 1-2 µL of sample |
Polyvinyl pyrrolidone | Shanghai yuanye Bio-Technology Co., Ltd | S30268-500g | Nuclear Isolation Buffer formulation reagents. |
Snowflake Ice Maker | Shanghai Zhixin Experimental Instrument Technology Co. | ZX-60X | Adopting rotary extrusion ice making method, fast ice making speed and high efficiency of ice production |
Stainless Steel Beads for Tissue Homogenizer | Beyotime Biotechnology. | F6623 | Equipment for grinding and mixing of tissue and other samples by vibration |
Tris Acetate-EDTA buffer | Beyotime Biotech Inc | ST716 | TAE is a commonly used buffer for DNA electrophoresis, frequently employed in agarose gel electrophoresis. |
Tris-HCl | Beijing Solarbio Science&Technology Co.,Ltd. | T8230 | Nuclear Isolation Buffer formulation reagents. |
Water bath Kettle | Shanghai Senxin Experimental Instrument Co. | DK-8D | Precise thermostat and temperature regulation, accurate and reliable temperature control |
β-mercaptoethanol | Shanghai Eon Chemical Technology Co. | R054186-100ml | Nuclear Isolation Buffer formulation reagents. |
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