馬達加斯加龍樹實時熒光定量PCR鑒定方法的研究

李井干 吳晶 伏建國 楊曉軍 張明哲

摘要 [目的]通過設計特異性引物與熒光探針，建立馬達加斯加龍樹（Didierea madagascariensis）實時熒光定量PCR鑒定方法。[方法]提取26份龍樹科植物基因組，并用內源基因檢測DNA質量;根據GenBank中已發表的馬達加斯加龍樹的PEPC基因序列，設計特異性引物與熒光探針，通過檢測26份供試樣本，檢測該方法的特異性;將樣品DNA進行10倍梯度稀釋，以檢測實時熒光定量PCR方法的靈敏度。[結果]只有3份馬達加斯加龍樹樣本出現典型的擴增曲線，其他23份龍樹科植物無典型的擴增曲線;核酸原液與10-1～10-4倍稀釋液樣本均能夠得到典型擴增曲線，標準曲線的決定系數（R2）為0.995，檢測限量為5.2×10-3 ng/μL。[結論]該方法特異性強、靈敏度高，可有效地應用于馬達加斯加龍樹的鑒定。

關鍵詞 馬達加斯加龍樹;實時熒光定量PCR;鑒定

中圖分類號 Q 943? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2022）12-0168-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.12.043

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Research on Identification of Didierea madagascariensis with Real-time PCR Method

LI Jing-gan，WU Jing，FU Jian-guo et al

（Animal，Plant and Food Inspection Center of Nanjing Customs，Nanjing，Jiangsu 210019）

Abstract [Objective]A real-time fluorescent quantitative PCR detection method for Didierea madagascariensis was established by designing specific primers and fluorescent probes.[Method]26 samples of didiereaceae plants were extracted，and DNA quality was detected with endogenous genes.Specific primers and probe were designed according to the published PEPC genes of Didierea madagascariensis and were used to detecting 26 testing samples，the specificity and sensitivity were detected by screening 26 testing samples.The sample DNA was serially diluted 10 times to test the sensitivity of real-time PCR method.[Result]Typical amplification curves could be obtained for 3 Didierea madagascariensis samples，but not for other 23 samples.The nucleic acid stoste and its diluents from 10-1-10-4 times could also be deteced the signals，the determination coefficient （R2）of the standard curve was 0.995 and the detection limit was 5.2×10-3 ng/μL.[Conclusion]The method has strong specificity and high sensitivity，and can be effectively applied to the identification of Didierea madagascariensis.

Key words Didierea madagascariensis;Real-time PCR;Identification

馬達加斯加龍樹（Didierea madagascariensis）屬龍樹科（Didiereaceae）刺棘木屬（Didierea）[1]，馬達加斯加特有種，因當地人類生活、農業生產、養牛場建設而變得瀕危[2]，被列入《瀕危野生動植物種國際貿易公約》（CITES）附錄Ⅱ。龍樹科葉形多變，線形、梭形、卵形和心形都有，葉常在旱季脫落[3]。目前馬達加斯加龍樹的鑒定主要以形態學為主，且葉片是鑒定馬達加斯加龍樹的重要依據，馬達加斯加龍樹的葉脫落后，會給馬達加斯加龍樹的鑒定帶來一定難度，因此需要制定分子生物學的鑒定方法，用于快速準確鑒定馬達加斯加龍樹，為口岸進境物種的鑒定研究奠定基礎，并有助于瀕危物種的保護。

實時熒光定量PCR技術是在PCR反應體系中加入熒光基團，利用熒光信號積累實時監測整個PCR進程，最后通過標準曲線對未知模板進行定量分析的方法[4]。實時熒光定量PCR具有靈敏度高、特異性強、重復性好及高通量等特點[5]，目前該技術已被廣泛應用于遺傳學、育種學、營養學和醫學等研究領域[6-7]，但該方法在瀕危物種的鑒定方面應用較少。

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（phosphoenolpyruvate carboxylase，PEPC）基因在龍樹科植物內廣泛存在[8]，根據馬達加斯加龍樹PEPC序列特有的保守突變位點，設計用于實時熒光定量PCR的特異性引物和熒光探針，研究馬達加斯加龍樹的分子鑒定方法，并檢測該方法的實用性，為瀕危物種的鑒定提供新的方法和思路。4F2A077F-4076-4C23-80F4-03ADEFAA09F4

1 材料與方法

1.1 試驗材料 所用26份試驗材料來自江蘇南京和福建廈門，均由相關專家鑒定，采集新鮮植株葉片進行試驗。樣品的詳細信息見表1。

1.2 基因組DNA提取

先將供試植物葉片進行表面消毒，用液氮研磨成粉，參照DNeasy Plant Mini Kit試劑盒說明書上的步驟方法，提取試驗樣品基因組DNA。用超微量分光光度計One drop OD2000+測定提取樣品DNA濃度。

1.3 引物與探針設計

通過BioEdit軟件對馬達加斯加龍樹的PEPC基因序列與龍樹科其他植物PEPC基因序列進行多重序列比對，找出馬達加斯加龍樹的特異性位點突變區，應用引物和探針設計軟件Primer Express設計實時熒光定量PCR引物和探針。探針5′端含有FAM熒光報告基團，3′端含有不發熒光的淬滅基團BHQ1。內源基因參照SN/T 1204—2016中18S rRNA序列[9]。具體序列見表2。

1.4 內源基因檢測

應用通用植物內源基因18S rRNA對提取樣品基因組DNA進行實時熒光定量PCR檢測，檢測待測樣品是否有典型擴增曲線。如未出現實時熒光定量PCR擴增曲線，則說明提取的樣品DNA質量有問題，或DNA提取液中有抑制物質，應重新提取或純化待測樣品基因組DNA，直到擴增出典型擴增曲線。

1.5 實時熒光PCR擴增

試驗所用TaKaRa Premix Ex TaqTM（Probe qPCR）購自南京易特派儀器儀表有限公司，核酸提取試劑盒DNeasy Plant Mini kit購自凱杰公司，實時熒光PCR儀為ABI 7500 FAST熒光定量PCR儀。

實時熒光定量PCR反應體系：Premix Ex TaqTM（Probe qPCR）10.0 μL，上游引物 （10 μmol/L ） 0.8 μL，下游引物 （10 μmol/L） 0.8 μL，探針（10 μmol/L） 0.4 μL，ROX 0.4 μL，DNA模板2.0 μL，補水至20 μL。實時熒光定量PCR反應程序：94 ℃，15 s;64 ℃，1 min。

1.6 特異性試驗 將所有樣品放入實時熒光定量PCR儀，按照設定反應條件進行擴增，觀察反應體系的特異性。

1.7 靈敏性試驗 取馬達加斯加龍樹葉片提取的基因組DNA，以超微量分光光度計測定核酸濃度，對DNA進行10倍梯度系列稀釋，取各濃度DNA模板進行實時熒光定量PCR檢測，每個濃度做3個重復。

2 結果與分析

2.1 內源基因檢測

用通用植物內源基因18S rRNA對26份提取基因組DNA進行實時熒光定量PCR檢測，結果顯示所有待測樣品均有典型的擴增曲線，其循環閾值（Ct）在12～20。按照標準SN/T 1204—2016，內源基因檢測Ct值需要小于或等于30。內源基因檢測結果表明，所提樣品DNA均沒有問題，可以進行后續靈敏度和特異性試驗。具體結果見圖1。

2.2 實時熒光定量PCR特異性檢測

應用設計的特異性引物和熒光探針，對26份樣品DNA進行實時熒光定量PCR檢測，結果顯示只有3份馬達加斯加龍樹樣品出現典型的擴增曲線（圖2）。表明所設計的引物和熒光探針對馬達加斯加龍樹具有良好的特異性。

2.3 實時熒光定量PCR檢測靈敏度

提取馬達加斯加龍樹樣品D17基因組DNA后，測定核酸濃度為52.3 ng/μL。將該樣品DNA進行 10倍梯度稀釋，以檢測實時熒光定量PCR方法的靈敏度。擴增結果顯示，核酸原液與10-1～10-4倍稀釋液樣本均能夠得到典型的擴增曲線，根據陰性對照設置閾值線，得到其Ct值分別為23.564、26.522、29.668、33.857、36.646;10-5、10-6和10-7 DNA稀釋液樣本未得到典型的擴增曲線，判定為陰性。該靈敏度試驗的標準曲線的決定系數（R2）為0.995（圖3），檢測限量為5.2×10-3 ng/μL。

3 討論與結論

CITES的精神在于管制而非完全禁止野生物種的國際貿易，其用物種分級與許可證的方式，以達成野生物種市場的永續利用性，我國于1980年12月25日加入該公約。馬達加斯加龍樹被列入CITES附錄Ⅱ中，屬于被管制的國際貿易對象。為更好履行CITES公約責任，提高外來物種的快速準確檢測能力，建立馬達加斯加龍樹的實時熒光定量PCR鑒定方法，不僅對馬達加斯加龍樹的保護具有重要意義，也有助于提升瀕危物種的鑒定水平。

PEPC是C4植物[10]和CAM植物[11]光合作用的關鍵酶之一，在種子萌發和形成[12]、調節保衛細胞[13]、促進蘋果酸的合成[14]、植物抗生物和非生物脅迫[15]中有重要作用。PEPC基因具有高度的保守性[16]，已用于鐵皮石斛[17]和菌草[18]的遺傳多樣性分析，表明PEPC基因可以作為物種鑒定的候選片段。

該研究根據馬達加斯加龍樹與其他龍樹科物種PEPC序列差異，設計開發了馬達加斯加龍樹的特異性引物探針，該引物可以將馬達加斯加龍樹從刺棘木科植物中區分開來，表現出了良好的特異性。該方法檢測限量為5.2×10-3 ng/μL，具有良好的靈敏度，提取的樣品DNA完全能夠滿足檢測鑒定需要。該方法的建立將有助于植物物種的準確鑒定工作的開展，對瀕危物種的保護具有重要意義，也為我國CITES履約、海關執法等提供更加科學準確的技術依據。

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