雷波野生茶树遗传多样性及亲缘关系分析
Analysis of Genetic Diversity and Genetic Relationship of Leibo Wild Tea Resources
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Keywords:
- Leibo wild tea /
- genetic diversity /
- SSR markers
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溃疡性结肠炎(ulcerative colitis,UC)是炎症性肠病的主要形式之一,炎症始于直肠,并向结肠近端不断延伸,继而分布于部分或整个结肠中[1]。近年来,世界UC发病率呈上升趋势,症状多以腹痛、腹泻、黏液血便和里急后重为主[2]。由于UC发病机理尚不清楚,当前治疗多以缓解病情为主,临床上治疗UC的药物以5-氨基水杨酸(5-aminosalicylic acid,5-ASA)为主[3],搭配激素与免疫抑制剂,虽有一定疗效,但常伴随诸多不良反应[4]。蚯蚓作为动物性中药材在中国已有几千年的应用历史[5],《本草纲目》虫部42卷中用蚯蚓入药的处方就有40多种,如治疗口疮、刀箭伤等。有研究表明蚯蚓提取物(earthworm extracts,EE)具有抗菌消炎、促进创面愈合等作用[6-8]。本研究通过建立葡聚糖硫酸钠(dextran sulfate sodium,DSS)诱导的小鼠UC模型[9],采用不同剂量EE进行干预,探究EE能否缓解UC炎症,以期为EE抗UC药效成分的挖掘及蚯蚓药用价值的开发利用提供试验依据。
1. 材料与方法
1.1 供试药物
蚯蚓:云南农业大学动物医学院卫生检测实验室自繁自养的掘穴环爪蚓。EE制备:取新鲜蚯蚓,洗净后清肠,于组织匀浆机内充分研磨,离心取上清,加入固体硫酸铵搅拌(饱和度达到80%),静置过夜,离心取沉淀,PBS溶解沉淀灌入透析袋,透析过夜,每4 h换1次透析液。透析结束后,离心取上清得到蚯蚓蛋白,测定质量浓度(蚯蚓蛋白质量浓度为2 mg/mL),按小鼠每日灌胃量分装于 1.5 mL无菌离心管中,−80 ℃保存。
1.2 主要试剂与仪器
试剂:DSS,北京酷莱博生物科技有限公司;5-ASA,北京索莱宝科技有限公司;粪便隐血定性检测试剂盒,上海源叶生物科技有限公司; PrimeScript RT反转录试剂盒和TB GreenPremix,宝生物工程 (大连) 有限公司;小鼠闭锁小带蛋白1 (ZO-1)、黏蛋白2 (Muc2)和咬合蛋白 (occludin) ELISA试剂盒,上海酶免生物科技有限公司。仪器:多功能酶标仪,赛默飞世尔科技有限公司;荧光定量PCR仪,罗氏Light Cycle (Roche)。
1.3 试验动物与处理
1.3.1 试验动物及饲养管理
C57BL/6 雌性小鼠72只,SPF级,4~6周龄,体质量(19±2) g,购自河南斯克贝斯生物科技股份有限公司,许可证号码SCXK (豫) 2020-0005,动物合格证编号No.410983220100050028。将小鼠饲养于无特定病原体级(SPF级)实验动物房,使用独立通气系统,平均室温(22±2) ℃,相对湿度(55±5)%,自由饮食。
1.3.2 试验分组与处理
经过1周适应期后对小鼠进行随机分组,每组小鼠12只,每笼饲养3只,不同药物均采用灌胃法处理,每天固定时间处理1次。采用3.5% DSS建立小鼠UC模型,期间用不同剂量的EE和阳性药物5-ASA连续干预小鼠9 d,于第10 天处死。每2 d更换新鲜配制的DSS溶液。
设置6个试验组。① 空白对照组(CK):自由饮用无菌水,持续9 d,同时灌胃PBS;② UC模型组(DSS):前7 d自由饮用3.5% DSS溶液,后2 d自由饮用无菌水,同时灌胃PBS;③ 模型组+EE高剂量组(DSS+EE-H):前7 d自由饮用3.5% DSS溶液,后2 d自由饮用无菌水,同时灌胃20 mg/kg EE;④ 模型组+EE中剂量组(DSS+EE-M):前7 d自由饮用3.5% DSS溶液,后2 d自由饮用无菌水,同时灌胃10 mg/kg EE;⑤ 模型组+EE低剂量组(DSS+EE-L) :前7 d自由饮用3.5% DSS溶液,后2 d自由饮用无菌水,同时灌胃5 mg/kg EE;⑥ 模型组+阳性药物对照组(DSS+5-ASA):前7 d自由饮用3.5% DSS溶液,后2 d自由饮用无菌水,同时灌胃50 mg/kg 5-ASA。
1.4 测定指标与方法
1.4.1 小鼠临床症状观察和疾病活动指数评分
给药后每天观察试验小鼠的毛色、精神状态和饮食情况等,每天固定时间对小鼠称量、观察粪便性状及粪便隐血情况,参考 HAMAMOTO等[10]的方法进行疾病活动指数(disease activity index,DAI)评分(表1)。DAI总分=体质量损失评分+粪便性状评分+隐血情况评分;体质量损失= (造模后某时间点的体质量-造模前体质量) /造模前体质量×100%。
表 1 疾病活动指数评分标准Table 1. Disease activity index scoring standard体质量损失/%
body weight loss粪便性状
stool trait隐血情况
occult blood分数
score<1 正常
normal无
no0 [1,5] 正常
normal无
no1 (5,10] 稀便
loose stools阳性
positive2 (10,15] 稀便
loose stools阳性
positive3 >15 腹泻
diarrhoea便血
gross bleeding4 注:正常粪便指可成形粪便,稀便指不与肛门相粘的稀状粪便,腹泻指粘于肛门的液化粪。
Note: Normal stools mean well formed pellets, loose stools mean pasty stools that do not stick to the anus, diarrhea mean liquid stools that stick to the anus.1.4.2 小鼠结肠组织病理分析及损伤评分
采用4%多聚甲醛固定小鼠结肠组织,石蜡包埋,并进行苏木精—伊红染色,于光学显微镜下观察病理切片,参照 EKSTRÖM[11]的标准进行损伤评分(表2)。每只小鼠的损伤总分=上皮细胞评分+炎细胞浸润评分。
表 2 结肠组织损伤评分标准Table 2. Colon tissue histopathological scores standard上皮细胞 epithelial cells 炎细胞浸润 inflammatory cell infiltration 分数 score 正常 normal 没有浸润 no infiltrate 0 杯状细胞丢失 loss of goblet cells 浸润在隐窝基底层 infiltrate the crypt basal layer 1 杯状细胞大面积丢失 large areas loss of goblet cells 浸润到达黏膜肌层 infiltrate to the muscularis mucosae 2 隐窝细胞丢失 loss of crypt cells 浸润到达黏膜肌层,明显水肿 infiltrate to the muscularis mucosae, edema 3 隐窝细胞大面积丢失 large areas loss of crypt cells 浸润到达黏膜下层 infiltrate to submucosa 4 1.4.3 小鼠结肠组织中目标基因mRNA表达量的测定
使用 TRIzol 从小鼠结肠样本中提取总RNA并进行浓度检测,采用PrimeScript RT反转录试剂盒进行反转录。按照SYBR试剂盒说明书在荧光定量PCR仪进行目标基因表达的测定,基因的表达水平采用 2−ΔΔCt 法进行计算。测定的目标基因引物序列见表3。
表 3 供试引物序列Table 3. Primer sequences for test基因
gene序列 (5′→3′)
sequenceGAPDH F:ACTTTGTCAAGCTCATTTCC
R:TGCAGCGAACTTTATTGATGTNF-α F:ACCGTCAGCCGATTTGCTAT
R:CCGGACTCCGCAAAGTCTAAIL-1β F:GGATGAGGACATGAGCACCT
R:AGCTCATATGGGTCCGACAGIL-6 F:GCCTTCTTGGGACTGATGCT
R:CTGCAAGTGCATCATCGTTGTIL-10 F:ACTGGCATGAGGATCAGCAG
R:AGAAATCGATGACAGCGCCT1.4.4 小鼠结肠组织中目标蛋白表达量的测定
准确称取结肠组织,按质量(mg)∶体积(μL)为1∶9的比例加入9倍体积的匀浆介质(0.9%生理盐水) ,冰水浴条件下机械匀浆,制备成10%匀浆液,于2 500 ~3 000 r/min离心10 min,取上清液,根据试剂盒说明书测定ZO-1、Muc2和occludin蛋白的表达量。
1.5 数据统计与分析
采用GraphPad Prism 9.0软件处理数据,组间比较采用单因素方差分析(ANOVA)。
2. 结果与分析
2.1 EE对DSS诱导结肠炎小鼠一般体征和体质量的影响
由图1可知:CK组小鼠体质量持续增加,其他试验组小鼠于第2天开始体质量下降,各试验组小鼠均出现活跃度降低、精神状态不佳等情况。与CK组相比,DSS组小鼠体质量极显著下降(P<0.01);与DSS组相比,经不同剂量EE处理和5-ASA治疗后,DSS+EE-H组、DSS+EE-M组和DSS+5-ASA组小鼠体质量极显著升高 (P<0.01)、DSS+EE-L组小鼠体质量显著升高 (P<0.05)。说明EE可以缓解DSS诱导的结肠炎小鼠体质量下降。
图 1 不同处理组小鼠体质量的变化注:CK. 空白对照组,DSS. 溃疡性结肠炎模型组,DSS+EE-H. 模型组+蚯蚓提取物高剂量组,DSS+EE-M. 模型组+蚯蚓提取物中剂量组,DSS+EE-L. 模型组+蚯蚓提取物低剂量组,DSS+5-ASA. 模型组+阳性药物对照组;与CK组相比,“#”表示差异显著(P<0.05),“##”表示差异极显著(P<0.01);与DSS组相比,“*”表示差异显著(P<0.05),“**”表示差异极显著(P<0.01);下同。Figure 1. Changes in body weight of mice indifferent treatment groupsNote: CK. control group, DSS. ulcerative colitis model group, DSS+EE-H. DSS+earthworm extracts high-dose group, DSS+EE-M. DSS+earthworm extracts medium-dose group, DSS+EE-L. DSS+earthworm extracts low-dose group, DSS+5-ASA. DSS+5-ASA-dose group; compared with CK group, “#” indicates significant difference (P<0.05), “##” indicates extremely significant difference (P<0.01); compared with DSS group, “*” indicates significant difference (P<0.05), “**” indicates extremely significant difference (P<0.01); the same as below.2.2 EE对DSS诱导结肠炎小鼠DAI评分的影响
由图2可知:CK组中小鼠体质量持续增加,大便外观正常,没有粪便隐血;随着连续摄入3.5% DSS水溶液,其他试验组小鼠逐渐出现体质量减轻、精神状态不佳、血便、腹泻等临床症状,其DAI评分明显升高。与CK组相比,DSS组小鼠DAI评分极显著增高(P<0.01),第5天开始出现便血,大便松软,到第9天时评分达到最高;与DSS组相比,DSS+EE-H组、DSS+EE-M组、DSS+EE-L组和DSS+5-ASA组小鼠的DAI评分极显著降低(P<0.01)。说明EE呈剂量依赖性降低DSS诱导的结肠炎小鼠DAI评分。
2.3 EE对DSS诱导结肠炎小鼠脾脏肿大的影响
由图3可知:与CK组小鼠脾脏质量相比,经DSS诱导后小鼠脾脏质量极显著增加(P<0.01),脾脏肿大;与DSS组小鼠脾脏相比,经EE处理和5-ASA治疗后,DSS±EE-H组、DSS±EE-M组、DSS+EE-L组和DSS+5-ASA组的脾脏肿大现象均得到极显著改善(P<0.01)。说明EE能在一定程度上改善DSS诱导的结肠炎小鼠脾脏肿大。
2.4 EE对DSS诱导结肠炎小鼠结肠长度的影响
由图4a可知:CK组小鼠肠道内容物形态完整,为颗粒状,无血便和稀便;而DSS组结肠肠道呈暗红色,肿胀,内容物减少,粪便形态不完整,有血便;经EE处理和5-ASA治疗后,肠道肿胀情况得以改善,粪便残留具有一定的形状,血便和稀便情况得以改善。由图4b可知:与CK组小鼠结肠长度相比,DSS组小鼠结肠长度极显著缩短(P<0.01);与DSS组相比,经EE处理和5-ASA治疗后,DSS+EE-H组和DSS+EE-M组结肠缩短现象极显著改善(P<0.01),DSS+EE-L组和DSS+5-ASA组结肠缩短现象显著改善(P<0.05)。说明EE可以改善DSS诱导的结肠炎小鼠结肠缩短,保护小鼠结肠组织。
2.5 EE对DSS诱导结肠炎小鼠结肠组织病理损伤的影响
由图5a可知:CK组黏膜层肠上皮结构完整,上皮细胞形态结构正常、排列紧密,固有层肠腺丰富,可见较多杯状细胞,未见明显炎症。与CK组相比,DSS组黏膜层可见较大面积溃疡,肠上皮细胞及隐窝结构被破坏,杯状细胞基本消失,并伴有较多炎性细胞浸润,部分炎性细胞浸润至黏膜下层。与DSS组相比,经过EE处理和5-ASA治疗后,病变程度有较大缓解,炎性病变范围减小,隐窝结构和组织上皮细胞恢复完整,炎性浸润的程度减少。图5b可知:与CK组相比,DSS组小鼠损伤评分极显著升高(P<0.01);与DSS组相比,DSS+EE-H组和DSS+EE-M组小鼠的损伤评分极显著降低(P<0.01),DSS+5-ASA组小鼠的损伤评分显著降低(P<0.05)。说明EE可以缓解DSS诱导的小鼠结肠组织病理性损伤。
2.6 EE对DSS诱导结肠炎小鼠结肠组织中炎症因子mRNA的影响
由图6可知:与CK组相比,DSS组促炎细胞因子TNF-α、IL-6和 IL-1β以及抗炎因子IL-10的表达量极显著增加(P<0.01);与DSS组相比,经EE处理和5-ASA治疗后,促炎细胞因子TNF-α、IL-6和 IL-1β的表达量均显著或极显著下降(P<0.01或P<0.05),抗炎因子IL-10的表达量均升高,其中,DSS+EE-H组和DSS+EE-M组极显著升高(P<0.01),DSS+EE-L组显著升高(P<0.05)。说明EE可以通过调控炎症因子平衡来缓解小鼠UC,且EE对相关炎症因子的调控效果优于阳性药物5-ASA。
2.7 EE对DSS诱导结肠炎小鼠肠道屏障功能的影响
由图7可知:与 CK组相比,DSS组小鼠肠黏膜蛋白Muc2、ZO-1和occludin的表达量极显著降低(P<0.01)。与 DSS组相比,DSS+EE-H组、DSS+EE-M组和DSS+5-ASA组(P<0.05)的Muc2表达量显著或极显著增加(P<0.05或P<0.01);DSS+EE-H组和DSS+EE-M组的ZO-1表达量极显著增加(P<0.01);DSS+EE-H组的occludin表达量极显著增加(P<0.01)。说明EE能够增加DSS诱导UC小鼠肠黏膜蛋白Muc2、ZO-1和occludin的表达量,修复肠道屏障受损和调节肠道稳态失衡。
3. 讨论
本研究采用自由饮用3.5% DSS诱导小鼠UC模型,小鼠在疾病发展过程中表现出与UC患者相似的症状,如体质量减轻、腹泻、活动量减少、结肠长度缩短等,与已有研究结果[9, 12]一致。DAI评分和结肠长度被认为是衡量UC严重程度的常用指标,中性粒细胞浸润和上皮细胞损伤也是UC的主要组织学特征[2]。脾脏是炎症发生严重程度的重要指标之一,炎症越严重,脾脏质量也会增大。EE处理后,小鼠DAI评分降低,体质量下降恢复,结肠长度和脾脏肿大改善,肠组织黏膜上皮损伤和炎症浸润减轻,且随着EE浓度的提高,改善效果越明显。以上结果说明EE处理对改善DSS诱导的UC小鼠临床症状和结肠病理变化具有良好的效果。
据报道,促炎症细胞因子和抗炎症细胞因子之间的失衡在UC发病机制中起着重要的作用[13],TNF-α、IL-6和IL-1β是常见的促炎因子,IL-10是常见的抗炎因子。本研究中,DSS组抗炎因子IL-10的表达相对于正常组显著增加,这可能与自身抗炎机制激活有关,但自身抗炎机制的激活并不足以抵抗UC带来的炎症因子表达失衡。经EE处理后,TNF-α、IL-6和IL-1β表达水平降低,而IL-10表达水平升高。提示EE可以通过调节炎性细胞因子分泌减轻机体炎症反应,最终达到缓解UC的作用。
本研究测定了小鼠结肠组织中与肠道屏障完整性相关的黏蛋白Muc2以及紧密连接蛋白ZO-1和occludin的表达情况。紧密连接是肠道屏障的重要组成部分,对维持肠上皮结构的稳定性起着重要作用,屏障功能异常是人肠道炎症的重要表征,也是发生UC的原因之一[14]。维持肠道的屏障功能可改善其防御功能,维持其免疫功能,减轻炎症,降低此类疾病复发的可能性。本研究中,DSS组小鼠的Muc2、occludin和ZO-1表达量明显降低,这与已有研究[15-16]结果一致;而经EE处理后,Muc2、occludin和ZO-1的表达量显著提升,表明EE可保护UC小鼠的结肠黏膜完整性和肠黏膜屏障功能。
4. 结论
蚯蚓提取物对葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的小鼠溃疡性结肠炎(UC)具有缓解作用,可减轻小鼠结肠组织炎性损伤和UC症状,保护结肠黏膜完整性和屏障功能。
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表 1 试验所用材料信息
Table 1 The detailed information of samples used in this study
试验材料
experiment materials群体
population纬度
latitude经度
longitude样本数
number of samplesLB101-LB110, LB201-LB210, LB301-LB317, LB401-LB413 四川,雷波县
Leibo Couty, SichuanN28°30′ E103°29′ 50 CZ1-CZ7 四川,崇州市
Chongzhou City, SichuanN30°37′ E103°40′ 7 DY1-DY9 四川,大邑县
Dayi Couty, SichuanN30°25′ E103°28′ 9 GL1-GL9 四川,古蔺县
Gulin Couty, SichuanN28°02′ E105°48′ 9 YJ1-YJ10 四川,荥经县
Yingjing Couty, SichuanN29°48′ E102°49′ 10 FQ1-FQ11 云南,凤庆县
Fengqing Couty, YunnanN24°34′ E99°55′ 11 福鼎大白茶、川茶2号、龙井43、中茶108、福选9号、铁观音、紫嫣茶、紫娟茶、马边绿、川沐217、黄金芽和安吉白茶Fudingdabaicha, Chuangcha 2, Longjing 43, Zhongcha 108, Fuxuan 9, Tieguanyin, Ziyan, Zijuan, Mabianlv, Chuanmu 217, Huangjinya and Anjibaicha 无性系栽培种
clonal cultivar— — 12 表 2 试验所用15对引物基本信息
Table 2 The 15 pairs of primers used in the study
分组group 标记位点marker locus 引物序列(5′→3′) primer sequence 荧光染料fluorescent dyes CsFM1051 AACCCATTTCGTCTTTGTGC FAM AGAATCAACAACACCCTGGC 1 CsFM1384 CGAATCATGATGACCCACTG HEX CAGCGAGGGAGAAGAATGAG CsFM1058 CCCCTCCATCTATCTCCCTC TAMRA GGACTGTTGTTGGGGAAGAA CsFM1550 CGAGACATCGAACACCACAG FAM CGTATCGTAGCGGTGAAGGT 2 CsFM1158 CGTGCCTGCATTGCTAATAA HEX GTACCAGTAACTGCGGGGAA CsFM1504 TGGTAAACGGAAAGAATGGC TAMRA AGCTAGCCCTGTGAAAACCA CsFM1604 AGGGTTTTAGGGCTACGAGG FAM TGATTGGAGAACACAACCGA 3 CsFM1509 GACGATGGACCCTTCTTTGA HEX CATCATCATCATCCTCACCG CsFM1599 GGCCCTGTTTTTACACTCCA TAMRA GATTGGTTTCTGGTTCGCAT CsFM1609 GCAAAGAATTCAGCTCAGCC FAM CCCCCAAAGTTCATTCTTCA 4 TM200 TTATCCAGCCAGCTTTGT HEX TATTGAAACCGCTTGTCG TM056 TTGTTGGGTAGCTTTACTTGC TAMRA TCAGGACGATTATGAGGATTA TM162 ATCGCACAGACTCTCACG FAM AGGCTTTTACTTCTCACAAC 5 CsFM1349 TGGGCCAGAAGAGAAAAGAA HEX GGTGTTCCTGGCACTTCAAT TM618 CTGCGATTGCTGTTGTTGTT TAMRA TGATCGTGGTCACAGACGTT 表 3 15对引物对108份茶树资源DNA的扩增结果
Table 3 Amplification results of 15 pairs of primers on the 108 samples
位点
locus等位基因数(A)
allele numbers基因型
genotypes基因多样性(H)
gene diversity杂合度(He)
heterozygosity多态性信息含量(PIC)
polymorphism information contentCsFM1051 6 19 0.767 9 0.621 4 0.733 8 CsFM1058 8 29 0.837 1 0.777 8 0.816 9 CsFM1384 4 7 0.553 5 0.268 5 0.482 3 CsFM1550 6 15 0.689 3 0.629 6 0.637 6 CsFM1158 4 8 0.543 7 0.351 9 0.480 3 CsFM1504 5 15 0.660 1 0.311 3 0.604 7 CsFM1509 8 18 0.794 4 0.738 3 0.764 8 CsFM1599 7 20 0.777 4 0.719 6 0.744 2 CsFM1604 6 11 0.498 9 0.388 9 0.463 1 CsFM1609 5 12 0.600 5 0.555 6 0.544 4 TM200 3 4 0.360 6 0.171 4 0.307 9 TM056 8 17 0.716 8 0.349 5 0.665 5 TM162 3 5 0.194 7 0.120 4 0.183 5 CsFM1349 7 15 0.640 4 0.457 9 0.594 9 TM618 9 26 0.803 8 0.685 2 0.776 6 总计total 89 221 — — — 表 4 7个茶树群体的遗传多样性分析
Table 4 Analysis of genetic diversity of 7 tea tree populations
群体
population等位基因数(A)
allele number特有等位基因
private allele基因型数
genotypes基因多样性(H)
gene diversity杂合度(He)
heterozygosity多态性信息含量(PIC)
polymorphism information contentLB(50)/LB(10) 76/59.4 29/8.2 9.533 3/4.906 6 0.597 6/0.569 8 0.451 1/0.451 4 0.545 5/0.516 0 FQ 55 10 4.800 0 0.545 5 0.461 8 0.490 3 GL 54 3 4.266 7 0.487 9 0.524 1 0.444 2 DY 59 4 4.533 3 0.478 6 0.466 7 0.446 7 YJ 54 7 4.866 7 0.511 5 0.507 4 0.471 5 CZ 51 2 3.733 3 0.449 0 0.447 6 0.410 7 ZP 62 22 5.400 0 0.577 9 0.562 1 0.525 2 注:“/”后值为随机抽取雷波群体10个样本5次结果的平均值。
Note: The value of “/” is the average value of 5 results of 10 samples of random population.表 5 7个茶树群体间的遗传距离
Table 5 Genetic distance among 7 tea tree populations
群落populations CZ DY FQ GL LB YJ ZP CZ **** 0.111 4 0.255 2 0.121 2 0.131 3 0.119 6 0.382 5 DY 0.111 4 **** 0.234 9 0.126 9 0.081 8 0.105 6 0.357 7 FQ 0.255 2 0.234 9 **** 0.210 3 0.174 1 0.228 2 0.318 0 GL 0.121 2 0.126 9 0.210 3 **** 0.112 3 0.113 5 0.348 3 LB 0.131 3 0.081 8 0.174 1 0.112 3 **** 0.101 5 0.265 6 YJ 0.119 6 0.105 6 0.228 2 0.113 5 0.101 5 **** 0.361 9 ZP 0.382 5 0.357 7 0.318 0 0.348 3 0.265 6 0.361 9 **** -
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期刊类型引用(1)
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