中藥材原植物DNA條形碼鑒定中ITS2序列特性與編碼方法研究.pdf

1、DNA條形碼是一種利用短的、標(biāo)準(zhǔn)的DNA片段對物種進(jìn)行快速準(zhǔn)確鑒定的新技術(shù)，已在藥用植物鑒定、瀕危物種保護(hù)、入侵物種檢測、海關(guān)檢驗(yàn)檢疫、法醫(yī)鑒定等領(lǐng)域取得成功應(yīng)用，對我國生物多樣性保護(hù)、維護(hù)生物資源安全、保障中藥臨床用藥安全具有重要意義。ITS2已被確立為藥用植物DNA條形碼鑒定的核心序列，然而ITS2基因組內(nèi)的多拷貝特性對DNA條形碼鑒定的影響還缺乏系統(tǒng)研究。當(dāng)前,“DNAbarcode”實(shí)際指的是DNA堿基序列，不便于信息的儲(chǔ)存，識

2、別和獲取，如何將“DNA條形碼堿基序列”編碼為真正的“條形碼”用于中藥材的生產(chǎn)、流通管理還缺乏研究。
　　 本研究首先選取姜科、唇形科藥用植物為研究對象，驗(yàn)證ITS2對密切相關(guān)物種的鑒定能力。進(jìn)而，選取178種藥用植物的247份樣品（涵蓋被子植物、裸子植物、蕨類植物等主要植物類群），探討ITS2基因組內(nèi)多拷貝特性對DNA條形碼鑒定的影響。最后，對53種一維碼和10種二維碼進(jìn)行系統(tǒng)比較分析，篩選適合于將“DNA條形碼堿基序列”編碼

3、為“條形碼”的編碼方法。本研究的主要結(jié)果是：
　　 (1)以姜科藥用植物為研究對象，對ITS2、rbcL、matK等3個(gè)DNA條形碼序列進(jìn)行分析比較。結(jié)果表明ITS2具有最大的種間序列變異，種間序列變異與種內(nèi)序列變異具有顯著性差異。matK和rbcL的序列變異較小。在姜科30屬的260物種中，ITS2在屬水平的物種鑒定效率為99.5％，在物種水平的鑒定效率為73.1%。
　　 (2)以唇形科藥用植物為研究對象，采用3種方

4、法①種內(nèi)、種間序列變異②Wilcoxon秩和檢驗(yàn)③物種鑒定效率對matK、rbcL、ITS2、psbA-trnH等4個(gè)DNA條形碼序列進(jìn)行分析比較。結(jié)果表明ITS2序列變異最大，在唇形科314物種的672樣品中，ITS2在屬水平的物種鑒定效率為100%，在物種水平的鑒定效率為78.3%。
　　 (3)采用454高通量測序技術(shù)和genome-wide分析方法，對178種藥用植物的247份樣品基因組內(nèi)ITS2多拷貝特性進(jìn)行研究。IT

5、S2在基因組內(nèi)的變異非常頻繁，平均每個(gè)基因組含有35種ITS2變異類型,3種主導(dǎo)變異類型。主導(dǎo)變異類型拷貝數(shù)占總拷貝數(shù)的91%。“DNAbarcodingGAP”分析表明ITS2種間變異顯著大于其種內(nèi)變異和基因組內(nèi)變異。對所有物種的5543個(gè)ITS2變異類型進(jìn)行物種鑒定研究，結(jié)果有97%的ITS2變異類型可以準(zhǔn)確鑒定到相應(yīng)的物種。
　　 (4)選取TS2，rbcL，matK,psbA-trnH,和CO1序列為測試數(shù)據(jù)，依據(jù)多種篩

6、選原則，包括編碼能力、壓縮效率、查錯(cuò)能力等，對53種一維碼和10種二維碼進(jìn)行系統(tǒng)比較。結(jié)果表明QRCode具有較高的編碼能力和理想的壓縮效率，是最適合的DNA條形碼編碼方法。為推進(jìn)基于QR的DNA條形碼技術(shù)走向?qū)嶋H應(yīng)用，本研究建立了QR的DNA條形碼網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)http://qrfordna.dnsalias.org。該系統(tǒng)允許用戶①獲取物種的QR二維碼，②將DNA堿基序列編碼為QR二維碼，③將QR二維碼重新解碼為DNA堿基序列，④基于