中药鉴定创新方法体系的建立与推广

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New England Journal of Medicine, 2000, 342(23): 1686-1692.,关木通,百度百科,木通,中药材天地网,3,DNA barcoding can achieve a rapid and accurate identification for herbs,A powerful tool for identifying medicinal plants and traditional Chinese medicinal materials,Abrus cantoniensis,Abrus precatorius,Medicinal plants,Chinese herbal medicines,DNA barcoding technology uses a short and standardized gene region to identify species,One sequence One species,4,课题组首次提出并验证,ITS2,条形码,引起国内外广泛关注,国际期刊,PLoS ONE,关注药用植物,DNA,条形码。该文提出,ITS2,序列为药用植物通用的条形码序列,为陆地植物,DNA,条形码序列筛选提出了新的视角,由此引起同行的关注和讨论。,被,德国专业网站选为近,25,年来在,ITS2,领域最受关注的,16,篇文章之一,该文发表后3年引文,288,次,5,首次验证,ITS2,为药用植物鉴定通用条形码,通过研究比较,psbA-trnH, matK, rbcL, rpoC1, ycf5, ITS2,和,ITS,等七个候选,DNA,条形码,发现,ITS2,是最佳条形码序列,ITS2,长度约,230bp,,易于扩增和测序,物种鉴定能力强,适合中药材等存在,DNA,降解材料的鉴定,人参、西洋参、羌活、宽叶羌活,DNA,条形码鉴定方法正在纳入国家药典,6,Relative distribution of inter-specific divergence between congeneric species and intra-specific variation for four loci. The two bars in each box represent inter-specific (above) and intra-specific (below) genetic distances.,Identification of the family Rosaceae,W+,W-,Relative Ranks, n, P value,Result,ITS2,matK,W+ = 703, W- = 0, n = 37, P 1.139 10,-7,ITS2 matK,ITS2,rbcL,W+ = 703, W- = 0, n = 37, P 1.137 10,-7,ITS2 rbcL,ITS2,rpoC1,W+ = 703, W- = 0, n = 37, P 1.133 10,-7,ITS2 rpoC1,matK,rbcL,W+ = 620, W- = 46, n = 36, P 6.479 10,-6,matK rbcL,matK,rpoC1,W+ = 655, W- = 11, n = 36, P 4.174 10,-7,matK rpoC1,rbcL,rpoC1,W+ = 359, W- = 106, n = 30, P 0.009,rbcL rpoC1,Wilcoxon signed-rank tests of inter-specific divergence among loci.,ITS2 and,rbcL, matK, rpoC1,were compared.,For 54 samples from 43 species in 19 diverse genera,the successful identification rate with ITS2 was 100%,followed by,matK,(94%) and,rbcL,(65%).,For 1410 samples from 893 species in 96 genera,No. of genera (2 species): 47 (1351 samples),No. of species ( 2 samples ): 297 (814 samples),Identification rate with ITS2 was 100% and 78%,at,genus and species level, respectively.,X Pang, Shilin Chen*.,Cladistics,201,1, 2,7,7,Comparative analysis of a large dataset indicates that ITS should be incorporated into the core barcode for seed plants,China Plant BOL Group, Li Dezhu et al., PNAS, 2011,We therefore propose that ITS/ITS2 should be incorporated into the core barcode for seed plants.,(,建议,ITS/ITS2,应成为种子植物的,核心,条形码,),In cases where it is difficult to amplify and directly sequence ITS in its entirety, just using ITS2 is a useful back-up as it is easier to amplify and sequence this subset of the marker.,(ITS,难以扩增和测序时,,ITS2,可以有效地弥补该缺陷,),8,创建,ITS2,为主体条形码的中草药鉴定体系,研究一万余份药材样本(涉及数千个基原物种),70,余篇相关文章发表于,Cladistics,、,PLoS ONE,、,PNAS,、,BMC Evol Biol,、 中国科学等杂志,出版,中药,DNA,条形码分子鉴定,人民卫生出版社,起草中国药典中药材,DNA,条形码分子鉴定指导原则,已获准纳入国家药典,建立中药,DNA,条形码分子鉴定标准流程,9,冬虫夏草,混伪品及近缘种,人造伪品:滇紫菀,冬虫夏草,及其混伪品,/,近缘种,背景:,分布范围狭窄,生态环境脆弱,资源蕴藏量有限(产量每年,80-100,吨,);,市场产不足销,价格已超黄金,(Guo, 2012),混伪品泛滥,如古尼虫草,蛹虫草,人造伪品滇紫菀等,样品:,冬虫夏草与,13,种混伪品及近缘种,冬虫夏草采自四川、青海、西藏等主产区,185,条,ITS/ITS2,序列,(,冬虫夏草样品,53,份,伪品,45,份,,GenBank,序列,87,条,),A,:正品:,冬虫夏草,B,:伪品:,亚香棒虫草,/,古尼虫草,C,:人造伪品:,滇紫菀,D,:伪品 凉山虫草,E,:伪品:,蝉花,F,:伪品:下垂虫草,G,:伪品:,Cordyceps robertsii,(新西兰),结果:,基于,BLAST,/,DISTANCE,的鉴定效率:,100%,基于,NJ tree,的鉴定结果:所有的冬虫夏草序列单独聚为一支,,并能与所有的混伪品及近缘种区分开,Xiang L, Chen SL, et al. FEMS microbiology letters, 2013, 347(2): 156-162.,DNA,条形码鉴定,冬虫夏草,及其伪品,10,中国药典,中药材,DNA,条,形码分子鉴定指导原则,11,Morphological characteristics of the powder, decoction pieces, seed ,seedling, and fibre among the,P.ginseng,P. quinquefolius, P notoginseng,and its closely related species are similar.,It is difficult to identify so many different panax species and ginseng produce in medicinal uses,by traditional classification methods,.,Using DNA barcode to identify panax medicinal species,人参类及其混伪品的鉴定,12,1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50,SN01:,p.ginseng;,SN03:,p.quinquefolius,显示人参、西洋参,ITS2,序列的,SNPs,位点信息。,Position 32 and 43,为区别人参和西洋参的,SNPs,位点,为验证该方法准确性,我们下载了,GenBank,所有人参、西洋参,ITS2,序列,表明两个,SNPs,位点稳定存在,样品来源:采集了主产区吉林,辽宁,黑龙江,北京,山东,加拿大及上海和香港药市人参西洋参样品共计,72,份,应用,ITS2,序列两个,SNPs,可以快速准确鉴别人参西洋参,所得组合为,C-T,,则确定为人参,所得组合为,T-C,,则确定为西洋参,ITS2 sequence position 1-50 of,p.ginseng and p. quinquefolius,方 法,结 果,结 论,基于,ITS2,条形码鉴定人参和西洋参,Gene, 2013, 530(1): 39-43.,A Fast SNP Identification of Medicinal,Panax,Species Based on DNA Barcoding Analysis,13,金银花,药材及其混伪品的,ITS2,条形码鉴定,金银花(忍冬),山银花(红腺忍冬),山银花(黄褐毛忍冬),山银花(灰毡毛忍冬),研究对象:,包括,24,份金银花,药材,。,M: marker,1,、,26:,阴性对照,(CK),2-25:,金银花,27-47,:混伪品,DNA,提取,:,取金银花药材约,25 mg,,利用植物基因组,DNA,提取试剂盒,(Tiangen Biotech Co., China),提取总,DNA,。,ITS2,序列,PCR,扩增程序及电泳图,94 ,变性,5 min,94 ,变性,30 sec,58 ,退火,30 sec,72 ,延伸,45 sec,72 ,延伸,10 min,40,个循环,BLAST,鉴定,14,Identification of Cortex Herbs,Sun ZY, Chen SL*. J Nat Med. 2012.,The identification efficiency of 51 samples belonging to 19 kinds of,cortex herbs in Chinese Pharmacopoeia,examined was 100% using ITS2 sequence as DNA barcode.,Apply the ITS2 barcode to authenticate,medicinal materials,皮类药材的条形码鉴定,15,条羌,N. franchetii,大头羌,N. franchetii,蚕羌,N. incisum,Phylogenetic tree constructed with the ITS/ITS2 sequences,adulterants,ITS,ITS2,31,medicinal materials samples,Stability and Accuracy of the Identification using ITS/ITS2 barcodes,(Notopterygii ),羌活药材,ITS/ITS2,条形码鉴定及其稳定性与准确性研究,The NJ trees showed that,Qianghuo,and its adulterants can be easily differentiated according to their,monophyly,.,Xin T Chen S,*, et al. Acta Pharm Sin. 2012, 8,16,Use of the potential DNA barcode ITS2 to identify herbal materials,全草类,DNA,条形码鉴定,The ITS2 barcode could distinguish successfully all the 34 herbs from their 111 adulterants.,Figure 1. The presence/absence of barcode gaps between herbs and their adulterants.,Pang XH, Chen SL* et al. J Nat Med. 2012,17,建立中药材,DNA,条形码鉴定系统网站,18,DNA barcode system shows strong abilities in identifying herb cryptic species,BLAST,PROCESS,打开网址,进入中药材,DNA,条形码鉴定系统主页,点击物种鉴定,选择植物类药材鉴定(,ITS2/ITS,)进入右图界面。,19,在空白处粘贴入需要校对的序列(,Query,)点击左下角的提交,比对序列相似性信息,100.0%,为人参,,说明该序列鉴定结果为人参,Quick-and-easy DNA identification of herbs is under way,20,华润三九中药材,DNA,条形码鉴定专用软件,21,2024/9/10,22,七叶皂苷注射剂娑罗子药材的基原植物为七叶树,Aesculus,chinensis,、浙江七叶树,Aesculus,chinensis,var.,chekiangensis,和天师栗,Aesculus,wilsonii,娑罗子药材,DNA,条形码鉴定,1,.,材料,七叶树属,10,个物种,42,份样本采自云南、四川、陕西、湖北、浙江和北京的各个分布区域,结 论,七叶树属候,列扩增效率与测序成功率均为,100%,,并且物种鉴定效率最高,为,95.4%,,更适用于七叶树属的鉴定分析。,psbA-trnH,序列的种间差异最大,在区分物种上具有优势。,基于,psbA,-,trnH,序列构建的,NJ,树,可准确鉴别其各个基原物种。,七叶树属植物,psbA-trnH,序列,比对变异位点图,正品,23,柴胡 Chaihu,正品,:为伞形科植物,柴胡,Bupleurum chinense,DC.、,狭叶柴胡,B. scorzonerifolium,Willd.的干燥根。,近缘种,:同属植物,丽江柴胡,B. rockii,,,小叶黑柴胡,B. smithii,var.,parvifolium,,,抱茎柴胡,B. longicaule,var.,amplexicaule,,,细茎有柄柴胡,B. petiolulatum,var.,tenerum,和,窄竹叶柴胡,B. marginatum,var.,stenophyllum,。,(三)柴胡与其近缘种的,NJ,树图所示:柴胡正品基原柴胡与狭叶柴胡均独立聚为一支,与其混伪品可以区别开。,结果表明:,基于,ITS2,序列能很好的区分柴胡及其近缘种,(一)柴胡及其及其近缘物种,ITS2,序列的,二级结构,:,(,二)柴胡与其混伪品,ITS2,序列间存在,较多变异位点,柴胡不同基原,ITS2,条形码,consensus,序列,柴胡,ITS2,序列峰图,24,常用中药材进行了,DNA,条形码研究,课题组已经进行,DNA,条形码研究的常用中药材包括:人参,西洋参,三七,大黄,,石斛,重楼,金银花,丹参,天南星,红豆蔻,肉苁蓉,京大戟,麻黄,高良姜 ,何首乌,吴茱萸,连翘,甘草,玉竹,冬虫夏草,羌活等,25,Published papers on DNA barcode,Cladistics, 2011, 27:,BMC Evol. Biol., 2010, 10:324,PLoS ONE, 2010,5: e13102.,China Plant BOL Group. PNAS, 2011,108(49),FEMS,Microbiology Letters, 2013,PLoS ONE, 2012, 7(5):e35146.,Jingyuan Song, Shilin Chen*. PLoS ONE, 2012,7(8),PLoS ONE, 2010,5: e8613,26,在,google scholar,中搜索,DNA barcode,共2万条,前3篇 有1,篇,是中国发表。,DNA Barcoding: a hot research topic,27,中药材,DNA,条形码分子鉴定体系受到,国内外广泛关注,国家药典委员会、国家科技部、国家濒危物种进出口管理办公室等立项研究,德国、英国、美国同行对中国条形码研究给予高度肯定,中国食品药品检定研究院、中国检验检疫科学研究院、国家公安部物证鉴定中心等不同系统均投入人员与资金,深圳华润三九、武汉爱民制药、牡丹江友搏药业、成都新荷花药业、广东王老吉等20余家企业转让应用,举办四次条形码高级研修班,全国,18,省,72,家单位,200,人参加培训,28,突破传统分子标记内在鉴定能力瓶颈,绕开核基因组的高复杂度,开发种群水平的、物种特异鉴定标记,平台技术的建立具有典型的示范效应,可推广到所有多基源和多产地用药的中药品种,提出“利用叶绿体基因组进行中药材道性鉴别”的学术假设,中药鉴定学与叶绿体基因组学的有机结合,29,Nature Comms,: Genome Sequence of the Model Medicinal Mushroom,G. lucidum,自然,子刊:,基因组解析提出灵芝为首个药用模式真菌,30,USA Today: Chinese “mushroom of immortality” genome mapped,今日美国评述报道,31,论文被,Nature,China选为中国最佳研究推介,32,Acknowledgements,33,
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