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中药DNA分子鉴定技术
作者:高建平 来源:山西医科大学药学院 时间:2007-11-29

    中药是中国的国粹,也是世界医药宝库中的珍贵历史产物。近年中药热再次掀起,并逐渐走向国际化。但当前我国的中药,尤其是源头中药材普遍存在着来源混乱、真伪难辨等现象,造成了药材质量不稳定,难以保证临床用药的安全、稳定和有效,很大程度上制约了中药产业现代化的进程,因此建立科学的中药鉴定方法成为中药事业发展的关键。
    传统的中药鉴定采用的主要是性状鉴定,主要依据外观形状形、色、气、味、质地等特征来鉴定,该方法简便、直接,但是主观性强,其准确性取决于鉴定者的经验,且对加工炮制后的碎片或粉末难以鉴定;现在则从生物分类学(基原鉴定)、组织学(显微鉴定)及化学(理化鉴定)角度建立比较客观的中药鉴定标准。这些方法的鉴定标识在生物学上均为物种的遗传表现型,不仅受到遗传因素的影响,而且与生物体的生长发育阶段、环境条件人类活动如引种驯化、加工炮制等有着密切的关系,具有很大的变异性及可塑性,难免存在主观性强重复性和稳定性差等缺点。
    近年来,随着分子生物学技术在中药学领域的渗透与发展,基于DNA分子标记技术的中药分子鉴定方法成为中药四大鉴定方法(基原鉴定、性状鉴定、显微鉴定、理化鉴定)的重要补充,得到不断的发展与应用。DNA分子作为遗传信息体,信息含量大,在同种或同品种内具有高度的遗传稳定性,且不受外界环境因素和生物体发育阶段及器官组织差异的影响,因此以DNA分子特征作为遗传标记(genetic marker)进行中药鉴别更为准确可靠,非常适合于近缘种、易混淆品种、珍稀品种、动物药材、破碎药材、陈旧药材、腐烂药材及样品量极为有限的植物模式标本、中药出土标本、古化石标本等珍贵样品的鉴定[1]。目前中药分子鉴定技术可分为三类:(1)基于分子杂交的中药DNA分子鉴定技术;(2)基于PCR技术的中药DNA分子鉴定技术;(3)前两类技术的结合的中药DNA分子鉴定技术[2]。
     
    一、基于分子杂交的中药DNA分子鉴定技术
    限制性内切酶片段长度多态性(Restraction Fragment Length Polymorphism, RFLP)是最早检测到 DNA水平的分子标记技术。DNA经限制性内切酶消化后产生许多长短不一的连续的片段,这些片段的数目与长度反映了DNA上限制性位点的分布,每一个DNA/限制性内切酶组合说产生的片段是特异的,可作为某一DNA或含该DNA的某生物的指纹,各被测样品间这些片段大小的差异即限制性内切酶片段长度多态性(RFLP)。DNA限制性片段经琼脂糖凝胶电泳分离后,随即转移到尼龙膜或硝酸纤维素膜上,然后用探针作膜杂交,最终被检测出来[3]。
    20世纪90年代后该方法被逐渐用于药用植物分类与中药材的鉴定,1993年,Mizukami首次利用该方法对Glehnia littoralis 的种间和居群间差异进行了分析[4],随后又对分布于日本的三岛柴胡 Bupleurum olcatum L的3个地理种群进 行了分类学研究,用水稻cDNA探针杂交,从12种限制性内切酶中筛选出3种具有鉴别意义的酶,经聚类分析,将三个地理种的柴胡分为2组,与形态学、细胞学和化学成分研究得出相同的结果[5]。同年,Yamazaki[6]用相同的方法重新构建了羽扇豆属(Lutginus)的系统演化树,探讨了该属5种植物生物碱含量与物种系统演化之间的关系。1994年,Yamazaki[7]用该方法研究了4种甘草属(Glycyrrhiza)植物的系统发育关系。1996年Mizukami[8]得到了苍术类(Atractylodes)3种植物具有鉴别意义的 RFLP指纹图谱,同时探讨了三者的系统演化关系。但是在研究应用时由于RFLP存在试验技术繁琐,使用放射性物质,合适的分子杂交DNA难以筛选,DNA模板质量要求高、用量大,受到探针来源的限制,要求新鲜的材料等不足之处,限制了其在中药鉴定领域的发展与应用。
     
    二、基于PCR方法的中药DNA分子鉴定技术
    聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,简称PCR) 是美国科学家Mullis K. B. 等人于1985年发明的一种快速体外DNA片段扩增技术(亦称无细胞分子克隆技术)。PCR技术是分子生物学领域的一项革命性的突破、是分子生物学发展史上的又一里程碑,该技术因此而获得了1993年的诺贝尔化学奖。其原理是以极少量供试品DNA链为模板,由一对人工合成的寡核苷酸链(即引物)作为介导,通过DNA聚合酶促反应,在体外进行特异DNA序列扩增。其过程包括高温变性、适温复性和延伸的重复循环。每一循环中合成的引物延伸产物都可作为下一循环中的模板,故每次循环中靶DNA的拷贝数几乎呈几何级数增长,因此经过20~30次循环,就可将痕量的供试品DNA片段扩增数百万倍[3]。将不同待测中药(来源于生物的中药)的DNA片段扩增后比较其异同,就可以准确地鉴定中药的分类归属。
     
    1. 机扩增多态DNA(RAPD)、任意引物PCR(AP−PCR)技术
    PCR技术自90年代引入到中药学研究领域后,对中药材鉴定新方法的建立与发展也产生了巨大的推动作用,目前应用于该领域的主要是随机扩增多态DNA(Random Amplified Polymorphic DNA,简称RAPD)或任意引物PCR(Arbitrary Primer–PCR,简称AP-PCR)技术。RAPD与 AP-PCR方法是继RFLP之后,在1990年由美国杜邦公司的Williams 和加利福尼亚生物研究所Welsh 领导的两个研究小组同时发明的一种DNA分子标记技术,前者称之为RAPD,后者称之为AP-PCR。RAPD分子标记是用任意顺序的10个碱基的寡核苷酸片段作为单引物,以未知序列的基因组DNA为模板,通过PCR扩增产生多态DNA片段,每个随机扩增的多态性片段可以作为分子图谱的一个位点,因此用来构建物种的遗传图谱作基因连锁分析等。RAPD实验包括DNA提取、PCR扩增和电泳检测三个步骤。AP-PCR是用20个碱基或是30个碱基的寡核苷酸片段作为任意引物,以未知序列的基因组DNA为模板,通过PCR扩增作DNA指纹分析,称之为任意引物PCR(AP-PCR)[3]。利用RAPD或AP-PCR从不同生物样品中人工合成DNA片段,而这种DNA片段的大小、数目因不同的生物而异,故也称之为DNA指纹图谱技术。

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