Niniejszy protokół opisuje użycie technologii kodów kreskowych DNA do uwierzytelniania materiałów leczniczych pochodzenia roślinnego, oraz rośliny leczniczej Angelica sinensis (Oliv.) Jako przykład wskazano Diels.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Niniejszy protokół opisuje użycie technologii kodów kreskowych DNA do uwierzytelniania materiałów leczniczych pochodzenia roślinnego, oraz rośliny leczniczej Angelica sinensis (Oliv.) Jako przykład wskazano Diels.
Rośliny lecznicze są cennymi zasobami na całym świecie i są używane na całym świecie do utrzymania zdrowia i leczenia chorób; jednak obecność zafałszowań hamuje ich rozwój. Barcoding DNA, technika identyfikacji gatunków za pomocą standardowych regionów DNA, ułatwia szybką i dokładną identyfikację tradycyjnych roślin leczniczych. Proces kodowania kreskowego DNA obejmuje sześć podstawowych kroków: 1) przetwarzanie roślin leczniczych, 2) ekstrakcję wysokiej jakości całkowitego DNA z roślin leczniczych metodą kolumny odśrodkowej, 3) amplifikację wewnętrznego transkrybowanego obszaru DNA 2 (ITS2) za pomocą uniwersalnych starterów roślin i przeprowadzenie sekwencjonowania Sangera, 4) sekwencję łączenia i wyrównywania w celu uzyskania sekwencji docelowej, 5) dopasowanie sekwencji kodu kreskowego do biblioteki kodów kreskowych w celu identyfikacji, 6) wyrównanie sekwencji, porównanie zmienności wewnątrzgatunkowej i międzygatunkowej, skonstruowanie filogenetycznego drzewa łączenia sąsiadów. Jak pokazano w wynikach, uniwersalny podkład może wzmocnić obszar docelowy. Podstawowe narzędzie do wyszukiwania wyrównania lokalnego (BLAST) pokazuje, że zidentyfikowany procent wynosił 100%, a drzewo łączące sąsiadów pokazuje, że sekwencje splicingu były zgrupowane z kladem A. sinensis OR879715.1, a wartość wsparcia kladu wynosi 100. Protokół ten stanowi odniesienie do stosowania technologii kodowania kreskowego DNA jako skutecznej metody identyfikacji roślin leczniczych i domieszek.
Rośliny lecznicze mają szeroki zakres działania farmakologicznego i są ważnymi substancjami w leczeniu i zapobieganiu chorobom. Zapotrzebowanie rynku na rośliny lecznicze w ziołolecznictwie i produktach farmaceutycznych jest ogromne i wciąż rośnie. Wraz z rosnącym rynkiem roślin leczniczych problem zafałszowań utrudnił rozwój roślin leczniczych. Obecnie zafałszowanie roślin leczniczych cierpi z następujących powodów: 1) podobna morfologia roślin leczniczych utrudnia ich prawidłową identyfikację i zastosowanie1,2,3,4,5, 2) rosnący popyt na rośliny lecznicze doprowadził do niewystarczającej podaży na rynku6,7, 3) rośliny lecznicze są drogie i mają zmienne ceny, a stosowanie tanich ziół zamiast ekonomicznie wartościowych materiałów doprowadziło do fałszerstw i spekulacji rynkowych8,9. Aby rozwiązać problemy związane z prawidłową identyfikacją i stosowaniem roślin leczniczych, potrzebna jest technologia, która pozwoli osobom niebędącym specjalistami zidentyfikować źródło10.
Istnieją ograniczenia w prawidłowym rozpoznawaniu i używaniu roślin leczniczych na podstawie samego wyglądu i zapachu11. W celu dokładniejszej identyfikacji i kontroli jakości stosuje się metody fizykochemiczne12. Na przykład chromatografia cienkowarstwowa (TLC) jest szybką metodą identyfikacji ziół leczniczych i jest zawarta w Farmakopei Chińskiej. Niemniej jednak wymaga standardów referencyjnych do identyfikacji roślin13. Wysokosprawna chromatografia cieczowa (HPLC) może wykonywać zarówno testy jakościowe, jak i ilościowe, dzięki czemu nadaje się do testowania jakości leków. Jednak ten instrument jest drogi i wymaga specjalistycznej wiedzy do obsługi14,15. Technologia kodów kreskowych DNA to szybka i dokładna technologia identyfikacji gatunków, która identyfikuje gatunki przy użyciu stabilnych sekwencji DNA do różnicowania roślin o podobnej morfologii. Hebert i in. zaproponowali technologię kodowania kreskowego DNA do identyfikacji gatunków, która wykorzystuje uznaną i stosunkowo krótką sekwencję DNA w obrębie genome16, Chen i in. zaproponowali ITS2 jako uniwersalną sekwencję do identyfikacji molekularnej roślin leczniczych i zidentyfikowali ponad 6600 roślin i stwierdzili wysoką zdolność identyfikacji17. Badania roślin leczniczych w oparciu o ITS2 i fragmenty genów chloroplastów wykazały zdolność do rozróżniania gatunków na poziomie gatunku, z zastosowaniami w dziedzinie ochrony zasobów, regulacji rynku i handlu międzynarodowego17,18,19. Zastosowanie kreskowego kodowania DNA może przezwyciężyć ograniczenia tradycyjnych metod identyfikacji, co jest pomocne w zapewnieniu jakości i bezpieczeństwa roślin leczniczych, zapobiegając nadużyciom zasobów i zamieszaniu20. Okazał się korzystny dla badania roślin leczniczych, wspierając rozwój przemysłu zielarskiego w zrównoważony sposób i dając gwarancję, że konsument używa właściwych leków21,22,23,24.
Artykuł przedstawia protokoły stosowania kodów kreskowych DNA do identyfikacji roślin leczniczych na przykładzie A. sinensis. Barkodowanie DNA wykorzystuje jeden lub więcej standaryzowanych krótkich markerów genetycznych w DNA organizmu, aby rozpoznać go jako należący do określonego gatunku. Obecne metody identyfikacji roślin leczniczych mają pewne ograniczenia. Tradycyjna identyfikacja morfologiczna opiera się w dużej mierze na rozległym doświadczeniu ekspertów, na które mogą mieć wpływ czynniki ludzkie, podczas gdy identyfikacja chemiczna jest podatna na problemy, takie jak zafałszowanie kluczowych związków. W przeciwieństwie do tego, kodowanie kreskowe DNA zapewnia dokładniejszy sposób identyfikacji gatunków, oferując takie korzyści, jak szybkość, wysoka odtwarzalność i stabilność. Co więcej, technologia ta umożliwia scentralizowane zarządzanie i udostępnianie istniejących danych sekwencji gatunków za pośrednictwem Internetu i platform informacyjnych, znacznie poprawiając wydajność i niezawodność identyfikacji gatunków11,12. Ze względu na podobną morfologię i części lecznicze, A. sinensis jest często mylony z innymi gatunkami i często jest nadużywany lub celowo zastępowany na rynku25. Yang i in. zidentyfikowali A. anomala za pomocą kodu kreskowego DNA, aby odróżnić ją od fałszywych leków26. Yuan i in. zebrali 23 gatunki arcydzięgla i użyli kodu kreskowego DNA, aby rozróżnić różne gatunki27. Postępując zgodnie z procedurami opisanymi w tym protokole, użytkownicy będą mogli uwierzytelnić roślinne materiały lecznicze od wstępnego przetwarzania do ostatecznego dopasowania sekwencji kodów kreskowych do bazy danych kodów kreskowych (Rysunek 1).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Przygotowanie próbki
2 Ekstrakcja DNA z próbki
UWAGA: W tym badaniu użyto zestawu do ekstrakcji DNA genomu roślinnego, który jest oparty na metodzie CCAB. Ekstrakcja DNA odbywa się zgodnie z instrukcją obsługi z pewnymi modyfikacjami, w tym dodaniem unikalnego buforu do izolacji jądrowej (NIB). Protokół poprawia czystość DNA, najpierw oddzielając zanieczyszczenia od tkanki, a następnie dodając początkowy etap izolacji jąder28,29,30.
3 Wzmocnienie i wykrywanie fragmentów celu
UWAGA: Wybierz odpowiednie startery do amplifikacji na podstawie proponowanych regionów kodowania kreskowego DNA rośliny; warunki reakcji są pokazane w Tabeli 2.
4. Zbieranie i analiza danych
UWAGA: Istnieje szeroki wybór oprogramowania do montażu i analizy sekwencji; używamy Codon code aligner V11.0.1 i MEGA11 jako przykładów do ilustracji.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Jakość próbki DNA
Zakres stosunków absorbancji OD260/OD280 wynosił 1,80-1,84. Ilość DNA zmierzona spektrofotometrycznie dla każdej próbki przekraczała 100 ng/µL (Tabela 3), co wskazuje na wysoką jakość ekstrakcji DNA z próbek. Świadczy to o braku zanieczyszczeń białkami, RNA lub odczynnikami podczas procesu ekstrakcji oraz o dobrej jakości i przydatności próbek do dalszej amplifikacji PCR.
Analiza PCR
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Technologia identyfikacji molekularnej jest łatwiejsza do nauczenia i opanowania niż tradycyjne metody identyfikacji. Przezwycięża ograniczenia tradycyjnej identyfikacji ziół leczniczych, ponieważ nie ma na nią wpływu faza wzrostu rośliny i nie opiera się na subiektywnej ocenie ani akumulacji specjalistycznej wiedzy35. Inne gatunki są mylone z A. sinensis ze względu na podobną morfologię i części lecznicze, ale dzięki zastosowaniu kodów kreskowych DNA można go ostatecznie zidentyfikować
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy deklarują, że badanie zostało przeprowadzone przy braku jakichkolwiek powiązań handlowych lub finansowych, które mogłyby być interpretowane jako potencjalny konflikt interesów.
Ta praca została wsparta przez projekt dotowania Uniwersytetu Tradycyjnej Medycyny Chińskiej w Chengdu (030040015).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Zestaw do szybkiej ekstrakcji genomowego DNA roślin CTAB | Shanghai Huiling Biotechnology Co. | NG411M | Nadaje się do szybkiej ekstrakcji wysokiej jakości genomowego DNA z różnych tkanek szerokiej gamy roślin |
| Marker DNA DL5000 | Nanjing vazyme Bio-technology Co. | MD102-02 | Produkt gotowy do użycia, odpowiednią ilość tego produktu należy pobrać bezpośrednio do elektroforezy podczas uruchamiania żelu. |
| Elektroforeza | Beijing Liuyi Biotechnology Co. | DYY-6C | Zastosuj konstrukcję ekranu dotykowego, może wyświetlać ustawione napięcie, ustawiać prąd w tym samym czasie, wyjście równoległe |
| Kwas etylenodiaminotetraoctowy | BeijingpsaitongBiotechnologyCo., Ltd | E70015-100G | Odczynniki do tworzenia izolacji jądrowej |
| Goldview Barwnik żelu kwasu nukleinowego (10 000 razy) | Yisheng Biotechnology (Shanghai) Co., Ltd | 10201ES03 | Podczas stosowania elektroforezy w żelu agarozowym do wykrywania DNA, wiąże się on z DNA i wytwarza silny sygnał fluorescencyjny. |
| Szybkoobrotowa wirówka stołowa | Changsha High-tech Industrial Development Zone Xiangyi Centrifuge Instrument Co. | H1650 | Ta kompaktowa i lekka wirówka zapewnia szybkie i wydajne oddzielanie próbek, zapewniając niezawodne bezpieczeństwo |
| Wysokowydajna szlifierka do tkanek | Shanghai Jingxin Industrial Development Co. | Tiss-48 | Przyrząd wibracyjny o wysokiej częstotliwości do mielenia próbek |
| http://www.gpgenome.com/ | Institute of Chinese Materia Medica, China Academy of Chinese Medical | Sciences-Baza danych HerbGenomics zawiera sekwencje genomu, zestawy genów, genomy organelli, dane genomu o niskim pokryciu i sekwencje kodów kreskowych DNA. | |
| https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ | Amerykańska Narodowa Biblioteka Medyczna | – | Narodowe Centrum Informacji Biotechnologicznej rozwija naukę i zdrowie, zapewniając dostęp do informacji biomedycznych i genomicznych. |
| Kylin-Bell | Haimen Qilinbel Instrument Manufacturing Co. | VORTEX-5 | Szybkie mieszanie w postaci wiru o dużej prędkości, szybkość mieszania, jednorodność, dokładność |
| LifeTouch | Hangzhou BORI Technology Co. | TC-96/G/H(b)B | Zastosowanie zaawansowanej technologii chłodzenia termoelektrycznego i nowo utworzonej technologii TAS w celu zwiększenia jej ogólnej wydajności |
| Wielofunkcyjny system analizy obrazu żelu | Południowo-zachodnie centrum operacyjne Shanghai Tianneng Life Science Co. | Tanon-Mini Space 2000 | Przeprowadza szybkie eksperymenty z amplifikacją genów z funkcją gradientu do mapowania warunków amplifikacji i gradientowym zakresem temperatur do 30° C |
| NaCl | Pekin Solarbio Science& Technologia Co., Sp. z o.o. | S8210-100 | Odczynniki do tworzenia do izolacji jądrowej |
| Nanodrop One | Gens Sp. z o.o. | ND ONE | Ilościowa identyfikacja próbek DNA, RNA i białek w ciągu kilku sekund za pomocą zaledwie 1-2 &mikro; L próbki |
| Poliwinylopirolidon | Shanghai yuanye Bio-Technology Co., Ltd | S30268-500g | Odczynniki do tworzenia do izolacji jądrowej. |
| Kostkarka do lodu w kształcie płatków śniegu | Shanghai Zhixin Experimental Instrument Technology Co. | ZX-60X | Przyjęcie metody wytwarzania lodu do wytłaczania obrotowego, szybka prędkość wytwarzania lodu i wysoka wydajność produkcji lodu |
| Koraliki ze stali nierdzewnej do homogenizatora tkanek | Beyotime Biotechnology. | F6623 | Sprzęt do mielenia i mieszania tkanek i innych próbek za pomocą wibracji |
| Bufor Tris Acetate-EDTA | Beyotime Biotech Inc | ST716 | TAE jest powszechnie stosowanym buforem do elektroforezy DNA, często stosowanym w elektroforezie żelu agarozowego. |
| Tris-HCl | Pekin Solarbio Science& Technologia Co., Sp. z o.o. | Odczynniki do tworzenia buforu izolacji jądrowej | T8230 |
| Czajnik do kąpieli wodnej | Shanghai Senxin Experimental Instrument Co. | DK-8D | Precyzyjny termostat i regulacja temperatury, dokładna i niezawodna kontrola temperatury |
| i beta;-merkaptoetanol | Shanghai Eon Chemical Technology Co. | R054186-100ml | Odczynniki do tworzenia do izolacji jądrowej |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.