DNA条形码——给中药贴上基因标签
□ 本报记者 徐亚静
分子生物学借慧眼
锁定标准DNA序列
如何让复杂繁难的中药材鉴定化繁为简？在不远的将来，也许每一种中药材都会有一张自己独有的基因标签，检测人员只需检测某一特定的DNA序列，便可一举明了该药材的物种信息。日前，在由世界中医药学会联合会举办的“中药新药研发与中药资源可持续利用国际研讨会”上，中国医学科学院药用植物研究所所长陈士林透露，我国学者正在展开的DNA条形码研究，有望推动中药鉴定走向标准化。
分子生物学借慧眼
桃仁中掺上苦杏仁，鸡冠花籽代替青葙子，冬虫夏草中混入亚香棒虫草……在中药材贸易及临床应用中，令人眼花缭乱、防不胜防的混伪问题，一直让人头痛不已。据陈士林介绍，中药四大传统鉴定方法——基原鉴定、性状鉴定、显微鉴定和理化鉴定，均以性状特征分析为基础。然而，因这些性状特征是与环境紧密相关的表现型，具有一定的局限性。
, 百拇医药
“从分子遗传学角度来看，物种表现型的差异归根结底应追溯到基因型的差异，即在DNA序列上的差异。”陈士林指出，对基因组序列差异的比较研究，无疑为植物分类和鉴定提供了本质依据。近30年来，随着生命科学不断取得重大突破，源于分子生物学的鉴定方法DNA条形码应运而生。
所谓DNA条形码鉴定，就是通过比较一段通用DNA序列，对物种进行快速、准确的识别和鉴定方法。目前，作为“国际生命条形码计划”四个中心节点(加拿大、美国、欧盟和中国)之一，我国在世界生物DNA系统分类及条形码技术中占据相当重要的地位，包括药用植物在内的植物DNA条形码研究已经全面启动。
“DNA条形码无疑将赋予每个药材一个特有的基因标签。”陈士林认为，DNA条形码鉴定技术具有如下优势：只需选用一个或少数几个基因片段，即可对某个属、科甚至几十个科的绝大部分物种进行准确鉴定；鉴定过程更加快速，可以在短时间内鉴定大量样本；鉴定的重复性和稳定性高；实验过程标准、操作简单，更易实现物种鉴定自动化；可通过互联网和信息平台对现有物种序列信息进行集中统一管理，并实现共享。
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锁定标准DNA序列
理想的条形码应具有通用性，同时应具有足够的变异以区分不同的物种，因此，筛选有效的植物DNA条形码，已成为国际生命条形码研究的首要任务之一。从2005年至今，美、英、韩等国多个研究组提出了若干个植物DNA条形码或条形码组合的动议。
2009年8月，国际生命条形码联盟(CBOL)植物工作组对来自550个物种907个样品的7个序列进行了分析比较，推荐rbcL+matK组合作为陆生植物的DNA条形码。但由于该组合尚存在研究样本量偏小和物种分辨率低等问题，2009年11月在墨西哥召开的第三届国际条形码大会建议，将psbA-trnH和ITS/ITS2作为辅助条形码。
目前，我国的药用植物DNA条形码序列筛选研究已取得积极进展。2010年，国际权威的科学杂志《PLoS One》发表了陈士林课题组的科研文章《ITS2作为药用植物通用DNA条形码序列》。该课题通过对7个候选DNA条形、6600余份药用植物样本的研究，发现ITS2序列的物种水平鉴定能力达到92.7%，提出ITS2序列作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。
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研究还发现，ITS2序列对一些科属的密切相关物种也具有很好的鉴定效率。该课题组在较大样本量的研究中发现，ITS2序列在蔷薇科、豆科、大戟科、芸香科和重楼属等科属的物种水平鉴定能力达到78%~100%，相关研究结果分别在国内外知名杂志《Cladistics》、《JEP》、《PlantaMed》、《中国科学》和《药学学报》等学术刊物上发表。
陈士林介绍，2011年中国DNA条形码植物工作组对来自42目75科141属1757物种的6286样本的rbcL、matK、psbA-trnH和ITS进行了研究，其结果进一步验证了ITS2的鉴定能力，建议ITS/ITS2应成为种子植物的核心条形码，并指出ITS难以扩增和测序时，ITS2可以有效地弥补该缺陷。
未来瞄准二维码研究
不同于超市商品上所贴的条形码(一维码)，鉴定中药材需要携带信息量更多、具有一定纠错能力的“二维码”。陈士林认为，未来DNA条形码鉴定中药材的研究方向应以二维DNA条形码为主。
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陈士林介绍，二维DNA条形码技术将二维码作为DNA的信息载体，并利用日益普及的携带摄像/扫描功能的通信终端、带宽，以及覆盖面积不断扩大的无线网络，使得待鉴定对象的信息采集与传输都变得更加简单方便，是一种物种移动鉴别系统，能够实现以移动方式进行物种信息的采集和识别，使得物种鉴别更为方便、快速。
目前，中国医学科学院药用植物研究所联合北京航空航天大学，突破了DNA条形码序列与二维码之间的编码与解码技术，建立了相应的数据库和网站，将DNA条形码技术应用于实践。这种二维DNA条形码识别方式在中药生产和流通环节的成功应用，必将给中药材流通管理带来巨大的革新。
此外，为进一步加快中药DNA条形码鉴定研究步伐，中国医学科学院药用植物研究所已建立药用植物DNA条形码数据库。该数据库鉴定系统是以《中国药典》2010版收载的植物和动物为研究对象，将DNA条形码技术和生物信息学技术相结合而建立的用于中药鉴定的网络信息化操作平台。该平台可用于中药资源信息检索、查询以及比对鉴定，如中药种植基源信息检索、查询以及对比鉴定，中药种植基地种质资源的真伪，种子种苗的鉴定，现有种质资源库样品的真伪，中药资源野生变家种过程中种源的鉴定，中药生产、流通环节的药材真伪鉴定等。
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相关链接
国际生命条形码计划(iBOL)
加拿大学者Paul Hebert 于2003年提出了DNA条形码的概念，并随后发起了iBOL计划，该计划提出了基于基因片段鉴定生物物种的标准及其实施框架。iBOL在2009年1月正式启动，第一期目标是5年内取得代表着50万个物种的500万号标本的DNA条形码记录。
在2008年4月召开的“加拿大生命条形码网络科学会议”上，中国科学院相关成员单位与iBOL牵头单位安大略生物多样性研究所及其资助机构安大略基因组研究基金会签订了合作谅解备忘录，中科院应邀代表中国作为iBOL四个中心节点之一，与加拿大、美国和欧盟具有相同的地位。中国作为中心节点，主要负责领导亚洲生命条形码计划的实施，并为亚洲其他区域节点或国家节点提供技术支持、人员培训与合作机会。, http://www.100md.com
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如何让复杂繁难的中药材鉴定化繁为简？在不远的将来，也许每一种中药材都会有一张自己独有的基因标签，检测人员只需检测某一特定的DNA序列，便可一举明了该药材的物种信息。日前，在由世界中医药学会联合会举办的“中药新药研发与中药资源可持续利用国际研讨会”上，中国医学科学院药用植物研究所所长陈士林透露，我国学者正在展开的DNA条形码研究，有望推动中药鉴定走向标准化。
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桃仁中掺上苦杏仁，鸡冠花籽代替青葙子，冬虫夏草中混入亚香棒虫草……在中药材贸易及临床应用中，令人眼花缭乱、防不胜防的混伪问题，一直让人头痛不已。据陈士林介绍，中药四大传统鉴定方法——基原鉴定、性状鉴定、显微鉴定和理化鉴定，均以性状特征分析为基础。然而，因这些性状特征是与环境紧密相关的表现型，具有一定的局限性。
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“从分子遗传学角度来看，物种表现型的差异归根结底应追溯到基因型的差异，即在DNA序列上的差异。”陈士林指出，对基因组序列差异的比较研究，无疑为植物分类和鉴定提供了本质依据。近30年来，随着生命科学不断取得重大突破，源于分子生物学的鉴定方法DNA条形码应运而生。
所谓DNA条形码鉴定，就是通过比较一段通用DNA序列，对物种进行快速、准确的识别和鉴定方法。目前，作为“国际生命条形码计划”四个中心节点(加拿大、美国、欧盟和中国)之一，我国在世界生物DNA系统分类及条形码技术中占据相当重要的地位，包括药用植物在内的植物DNA条形码研究已经全面启动。
“DNA条形码无疑将赋予每个药材一个特有的基因标签。”陈士林认为，DNA条形码鉴定技术具有如下优势：只需选用一个或少数几个基因片段，即可对某个属、科甚至几十个科的绝大部分物种进行准确鉴定；鉴定过程更加快速，可以在短时间内鉴定大量样本；鉴定的重复性和稳定性高；实验过程标准、操作简单，更易实现物种鉴定自动化；可通过互联网和信息平台对现有物种序列信息进行集中统一管理，并实现共享。
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理想的条形码应具有通用性，同时应具有足够的变异以区分不同的物种，因此，筛选有效的植物DNA条形码，已成为国际生命条形码研究的首要任务之一。从2005年至今，美、英、韩等国多个研究组提出了若干个植物DNA条形码或条形码组合的动议。
2009年8月，国际生命条形码联盟(CBOL)植物工作组对来自550个物种907个样品的7个序列进行了分析比较，推荐rbcL+matK组合作为陆生植物的DNA条形码。但由于该组合尚存在研究样本量偏小和物种分辨率低等问题，2009年11月在墨西哥召开的第三届国际条形码大会建议，将psbA-trnH和ITS/ITS2作为辅助条形码。
目前，我国的药用植物DNA条形码序列筛选研究已取得积极进展。2010年，国际权威的科学杂志《PLoS One》发表了陈士林课题组的科研文章《ITS2作为药用植物通用DNA条形码序列》。该课题通过对7个候选DNA条形、6600余份药用植物样本的研究，发现ITS2序列的物种水平鉴定能力达到92.7%，提出ITS2序列作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。
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研究还发现，ITS2序列对一些科属的密切相关物种也具有很好的鉴定效率。该课题组在较大样本量的研究中发现，ITS2序列在蔷薇科、豆科、大戟科、芸香科和重楼属等科属的物种水平鉴定能力达到78%~100%，相关研究结果分别在国内外知名杂志《Cladistics》、《JEP》、《PlantaMed》、《中国科学》和《药学学报》等学术刊物上发表。
陈士林介绍，2011年中国DNA条形码植物工作组对来自42目75科141属1757物种的6286样本的rbcL、matK、psbA-trnH和ITS进行了研究，其结果进一步验证了ITS2的鉴定能力，建议ITS/ITS2应成为种子植物的核心条形码，并指出ITS难以扩增和测序时，ITS2可以有效地弥补该缺陷。
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不同于超市商品上所贴的条形码(一维码)，鉴定中药材需要携带信息量更多、具有一定纠错能力的“二维码”。陈士林认为，未来DNA条形码鉴定中药材的研究方向应以二维DNA条形码为主。
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目前，中国医学科学院药用植物研究所联合北京航空航天大学，突破了DNA条形码序列与二维码之间的编码与解码技术，建立了相应的数据库和网站，将DNA条形码技术应用于实践。这种二维DNA条形码识别方式在中药生产和流通环节的成功应用，必将给中药材流通管理带来巨大的革新。
此外，为进一步加快中药DNA条形码鉴定研究步伐，中国医学科学院药用植物研究所已建立药用植物DNA条形码数据库。该数据库鉴定系统是以《中国药典》2010版收载的植物和动物为研究对象，将DNA条形码技术和生物信息学技术相结合而建立的用于中药鉴定的网络信息化操作平台。该平台可用于中药资源信息检索、查询以及比对鉴定，如中药种植基源信息检索、查询以及对比鉴定，中药种植基地种质资源的真伪，种子种苗的鉴定，现有种质资源库样品的真伪，中药资源野生变家种过程中种源的鉴定，中药生产、流通环节的药材真伪鉴定等。
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加拿大学者Paul Hebert 于2003年提出了DNA条形码的概念，并随后发起了iBOL计划，该计划提出了基于基因片段鉴定生物物种的标准及其实施框架。iBOL在2009年1月正式启动，第一期目标是5年内取得代表着50万个物种的500万号标本的DNA条形码记录。
在2008年4月召开的“加拿大生命条形码网络科学会议”上，中国科学院相关成员单位与iBOL牵头单位安大略生物多样性研究所及其资助机构安大略基因组研究基金会签订了合作谅解备忘录，中科院应邀代表中国作为iBOL四个中心节点之一，与加拿大、美国和欧盟具有相同的地位。中国作为中心节点，主要负责领导亚洲生命条形码计划的实施，并为亚洲其他区域节点或国家节点提供技术支持、人员培训与合作机会。, http://www.100md.com