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.
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Methodenartikel
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).
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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.
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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 von guter Qualität und für die nachgelager...
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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. sine...
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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).
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| CTAB Rapid Plant Genomic DNA Extraction Kit | Shanghai Huiling Biotechnology Co. | NG411M | Geeignet für die schnelle Extraktion hochwertiger genomischer DNA aus verschiedenen Geweben einer Vielzahl von Pflanzen |
| DL5000 | DNA-Marker Nanjing vazyme Bio-technology Co. | MD102-02 | Gebrauchsfertiges Produkt, nehmen Sie eine angemessene Menge dieses Produkts direkt zur Elektrophorese ein, wenn Sie das Gel laufen lassen. |
| Elektrophorese | Beijing Liuyi Biotechnologie Co. | DYY-6C | Nehmen Sie ein Touchscreen-Design an, können die eingestellte Spannung anzeigen, gleichzeitig den Strom einstellen, parallelen Ausgang |
| Ethylendiamintetraessigsäure | BeijingpsaitongBiotechnologyCo., Ltd | E70015-100G | Nuclear Isolation Buffer Formulation Reagenzien. |
| Goldview Nukleinsäure-Gel-Färbung (10.000 & mal;) | Yisheng Biotechnology (Shanghai) Co., Ltd | 10201ES03 | Bei der Verwendung der Agarose-Gelelektrophorese zum Nachweis von DNA bindet sie an die DNA und erzeugt ein starkes Fluoreszenzsignal. |
| Hochgeschwindigkeits-Tischzentrifuge | Changsha High-Tech-Industrieentwicklungszone Xiangyi Centrifuge Instrument Co. | H1650 | Für die schnelle und effiziente Trennung von Proben bietet diese kompakte und leichte Zentrifuge zuverlässige Sicherheit |
| Hochdurchsatz-Tissue-Zerkleinerer | Shanghai Jingxin Industrial Development Co. | Tiss-48 | Ein Hochfrequenz-Vibrationsinstrument zum Mahlen von Proben |
| http://www.gpgenome.com/ | Institute of Chinese Materia Medica, China Academy of Chinese Medical Sciences-HerbGenomics-Datenbank | umfasst Genomsequenzen, Gensätze, Organellengenome, Genomdaten mit geringer Abdeckung und DNA-Barcode-Sequenzen. | |
| https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ | U.S. National Library of Medicine | - | Das National Center for Biotechnology Information fördert Wissenschaft und Gesundheit, indem es Zugang zu biomedizinischen und genomischen Informationen bietet. |
| Kylin-Bell | Haimen Qilinbel Instrument Manufacturing Co. | VORTEX-5 | Schnelles Mischen in Form eines Hochgeschwindigkeits-Vortex, Mischgeschwindigkeit, Gleichmäßigkeit, Gründlichkeit |
| LifeTouch | Hangzhou BORI Technology Co. | TC-96/G/H(b)B | Einführung einer fortschrittlichen thermoelektrischen Kältetechnologie und einer neu entwickelten TAS-Technologie zur Verbesserung der Gesamtleistung |
| Multifunktionales Gel-Bildanalysesystem | Southwest Operation Center von Shanghai Tianneng Life Science Co. | Tanon-Mini Space 2000 | Führt schnelle Genamplifikationsexperimente mit einer Gradientenfunktion zur Kartierung von Amplifikationsbedingungen und einem Gradiententemperaturbereich von bis zu 30° durch; C |
| NaCl | Beijing Solarbio Science& Verifizierter Lieferant - Technology Co., Ltd. | S8210-100 | Formulierungsreagenzien für nukleare Isolationspuffer. |
| Nanodrop One | Genes GmbH | ND ONE | Quantifizieren Sie DNA-, RNA- und Proteinproben in Sekundenschnelle mit nur 1-2 & Mikro; L der Probe |
| Polyvinylpyrrolidon | Shanghai Yuanye Bio-Technology Co., Ltd | S30268-500g | Nuclear Isolation Buffer Formulation Reagenzien. |
| Schneeflocken-Eismaschine | Shanghai Zhixin Experimental Instrument Technology Co. | ZX-60X | Übernahme der Rotationsextrusions-Eisherstellungsmethode, schnelle Eisherstellungsgeschwindigkeit und hohe Effizienz der Eisproduktion |
| Edelstahlperlen für den Gewebehomogenisator | Beyotime Biotechnology. | F6623 | Ausrüstung zum Mahlen und Mischen von Gewebe- und anderen Proben durch Vibration |
| Trisacetat-EDTA-Puffer | Beyotime Biotech Inc | ST716 | TAE ist ein häufig verwendeter Puffer für die DNA-Elektrophorese, der häufig in der Agarose-Gelelektrophorese eingesetzt wird. |
| Tris-HCl | Beijing Solarbio Science& Verifizierter Lieferant - Technology Co., Ltd. | T8230 | Reagenzien für die Formulierung von Kernisolationspuffern. |
| Wasserkocher für Wasserbad | Shanghai Senxin Experimental Instrument Co. | DK-8D | Präzise Thermostat- und Temperaturregelung, genaue und zuverlässige Temperaturregelung |
| β-mercaptoethanol | Shanghai Eon Chemical Technology Co. | R054186-100ml | Reagenzien für die Formulierung von Nuklearisolationspuffern. |
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