Application of DNA barcoding for the identification of plant species of industrial relevance
DOI:
https://doi.org/10.26461/20.06Keywords:
DNA, Aromatic herbs, Medicinal herbs, ClassificationAbstract
The market for botanical products is growing worldwide due to consumers preference for natural products. This makes them targets for adulteration, which is more common and difficult to detect in industrialized derivatives. It is critical to have reliable procedures that allow their authentication. In this study, DNA-based molecular tools were applied to generate applied genomic information to classify samples of fresh and industrialized aromatic and medicinal herbs. The work was based on the DNA Barcoding strategy using fresh tissue samples of known taxonomic identity (references) and industrialized samples. The results obtained indicate that the rbcL and matK markers are amplifiable with the primers used, obtaining high quality bi-directional sequences in the case of fresh tissue in 83% of the cases for rbcL and in 63% of the cases for matK. In the industrialized samples the values were 50 and 35% respectively. The BOLD tool allowed the classification of most of the samples. This methodology is a useful and accessible tool that allows the classification in groups, although its performance is limited by the representation of the species in the databases.
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References
Boldsystems, 2019. Barcode of life data systems handbook. A web-based bioinformatics platform supporting the DNA barcoding of animal, plant, and fungal species [En línea].1er borrador. BOLD [Consulta: 22 de mayo de 2020]. Disponible en: http://www.boldsystems.org/libhtml_v3/static/BOLD4_Documentation_Draft1.pdf
Bruni, I., De Mattia, F., Galimberti, A., Galasso, G., Banfi, E., Casiraghi, M. y Labra, M., 2010. Identification of poisonous plants by DNA barcoding approach. En:International Journal of Legal Medicine, 124(6), pp.595-603. doi:10.1007/s00414-010-0447-3
CBOL Plant Working Group, 2009. A DNA barcode for land plants. En: Proceedings of the National Academy of Sciences USA (PNAS),106(31), pp.12794-12797. doi:https://doi.org/10.1073/pnas.0905845106
Chen, S., Yao, H., Han, J., Liu, C., Song, J., Shi, L., Zhu, Y., Ma, X., Gao, T., Pang, X., Luo, K., Li, Y., Li, X., Jia, X., Lin, Y. y Leon, C., 2010. Validation of the ITS2 region as a novel DNA barcode for identifying medicinal plant species. En:PLoS ONE, 5(1). doi:10.1371/journal.pone.0008613
Coutinho Moraes, D., Still, D., Lum, M. y Hirsch, A., 2015. DNA-based authentication of botanicals and plant-derived dietary supplements: where have we been and where are we going? En: Planta Med,(81), pp.687-695. doi:http://dx.doi.org/10.1055/s-0035-1545843
Davies, P., 2004. Estudios en domesticación y cultivo de especies medicinales y aromáticas nativas [En línea]. Montevideo: INIA. [Consulta: 4 de abril de 2008]. Disponible en:http://www.ainfo.inia.uy/digital/bitstream/item/2810/1/15630041107070839.pdf
De Mattia, F., Bruni, I., Galimberti, A., Cattaneo, F., Casiraghi, M. y Labra, M., 2011. A comparative study of different DNA barcoding markers for the identification of some members of Lamiacaea. En: Food Research International, 44(3), pp.693-702. doi:https://doi.org/10.1016/j.foodres.2010.12.032
EFSA Scientific Committee, 2009. Guidance on safety assessment of botanicals and botanical preparations intended for use as ingredients in food supplements. En: EFSA Journal, 7(9), 1249. doi:10.2093/j.efsa.2009.1249
Fazekas, A., Burgess, K., Kesanakurti, P., Graham, S., Newmaster, S., Husband, B. y Barrett, S., 2008. Multiple multilocus DNA barcodes from the plastid genome discriminate plant species equally well.En: PLoS One, 3(7), e2802. doi:10.1371/journal.pone.0002802
Fazekas, A., Kesanakurti, P., Burgess, K.S., Percy, D., Graham, S.W. y Barrett, S.C., 2009. Are plant species inherently harder to discriminate than animal species using DNA barcoding markers? En: Molecular Ecology resources, 9(suppl. 1), pp.130-139. doi:10.1111/j.1755-0998.2009.02652.x
Federici, S., Fontana, D., Galimberti, A., Bruni, I., de Mattia, F., Cortis, P. y Labra, M. 2015. A rapid diagnostic approach to identify poisonous plants using DNA barcoding data.En: Plant Biosystems, 149(3), pp.537-545. doi:https://doi.org/10.1080/11263504.2014.941031
Frigerio, J., Gorini, T., Galimberti, A., Bruni, I., Tommasi, N., Mezzasalma, V. y Labra, M., 2019b. DNA barcoding to trace medicinal and aromatic plants from the field to the food supplement. En: Journal of Applied Botany and Food Quality,(92), pp.33-38. doi:10.5073/JABFQ.2019.092.005
Galimberti, A., Labra, M., Sandionigi, A., Bruno, A., Mezzasalma, V. y De Mattia, F., 2014. DNA barcoding for minor crops and food traceability. En: Advances in Agriculture. doi:https://doi.org/10.1155/2014/831875
Gao, Z., Liu, Y., Wang, X., Wei, X., y Han, J., 2019. DNA mini-barcoding: a derived barcoding method for herbalmolecular identification. En: Frontiers in Plant Science, 10, pp.987. doi: 10.3389/fpls.2019.00987
Hebert, P., Cywinska, A., Ball, S. y deWaard, J., 2003. Biological identifications through DNA barcodes. En: Proceedings of the Royal Society B, (270), pp.313-321. doi:10.1098/rspb.2002.2218
Heubl, G., 2010. New aspects of DNA-based authentication of chinese medicinal plants by molecular biological techniques. En: Planta Medica, 76(17), pp.1963-1974. doi:10.1055/s-0030-1250519
Hollingsworth, P., Graham, S. y Little, D., 2011. Choosing and using a plant DNA barcode. En:PLoS One, 6(5), e19254. doi:10.1371/journal.pone.0019254
Ichim, M., 2019. The DNA-based authentication of commercial herbal products reveals their globally widespread adulteration. En: Frontiers in Pharmacology, 10. doi: 10.3389/fphar.2019.01227
Joshi, K.C., 2004. Molecular markers in herbal drug technology. En: Current Science, 87, pp.159-165.
Kearse, M., Moir, R., Wilson, A., Stones-Havas, S., Cheung, M., Sturrock, S. y Drummond, A., 2012. Geneious basic: an integrated and extendable desktop software platform for the organization and analysis of sequence data. En: Bioinformatics, 28(12), pp.1647-1649.
Kool, A., de Boer, H., Krüger, A., Rydberg, A., Abbad, A., Björk, L. y Martin, G., 2012. Molecular Identification of Commercialized Medicinal Plants in Southern Morocco. En: PLoS One, 7(6). doi:10.1371/journal.pone.0039459
Kress, W., 2017. Plant DNA barcodes: applications today and in the future. En: Journal of Systematics and Evolution, 55(4), pp.291-307. doi:10.1111/jse.12254
Kress, W. y Erickson, D., 2007. A two-locus global DNA barcode for land plants: the coding rbcL gene complements the non-coding trnH-psbA spacer region. En: PLoS ONE, 2(6), e508. doi:10.1371/journal.pone.0000508
Liu, M., W., L.X., Liao, B.L., L. y Ren, Y., 2019. Species identification of poisonous medicinal plant using DNA barcoding. En: Chinese Journal of Natural Medicines, 17(8), pp.0585-0590.
Lu, Z., Thompson, C., Chua, T., Babajanian, S., Zhang, Y., Gao, Q., Chang, P. y Swanson, G., 2019. Single-laboratory validation of a two-tiered DNA Barcoding method for raw botanical identification. En: Journal of AOAC International, 102(5), pp.1435-1447. doi:https://doi.org/10.5740/jaoacint.18-0130
Mondal, S., Shit, S. y Kundu, S., 2013. A comparative computational study of the rbcL genein plants and in the three prokaryotics families-Archae, cyanobacteria and proteobacteria. En: Indian Journal of Biotechnology, 12, pp.58-66.
Newmaster, S., Fazekas, A.J., Steeves, A. y Janovec, J., 2007. Testing candidate plant barcode regions in the Myristicaceae. En: Molecular Ecology Notes, 8(3), pp.480-90 doi: 10.1111/j.1471-8286.2007.02002.x
Newmaster, S., Grguric, M., Shanmughanandhan, D., Ramalingam, S. y Ragupathy, S., 2013. DNA barcoding detects contamination and substitution in North American herbal products. En: BMC Medicine, 11, 222. https://doi.org/10.1186/1741-7015-11-222
Nikam, P., Kareparamban, J. y Jadhav, A., 2012. Future trends in standardization of herbal drugs. En: Journal of Applied Pharmaceutical Science, 2(6), pp.38-44.
Opara, L., 2003. Traceability in agriculture and food supply chain: a review of basic concepts, technological implications, and future prospects. En: Food, Agriculture & Environment, 1(1), pp.101-106.
Persistence Market Research, 2017. Global market study on botanical supplements: drugs application segment to hold maximum value share during 2017 - 2025 [En línea].[Consulta: 3 de abril de 2020].Disponible en: https://www.persistencemarketresearch.com/market-research/botanical-supplements-market.asp
Ratnasingham, S. y Hebert, P., 2007. Bold: the barcode of life data system (http://www.barcodinglife.org). En: Molecular Ecology Notes, 7(3),pp.355-364. doi:0.1111/j.1471-8286.2007.01678.x
Ratnasingham, S. y Hebert, P., 2011. BOLD’s role in barcode data management and analysis: a response. En:Molecular Ecology Notes, (11), pp.941-942. doi:10.1111/j.1755-0998.2011.03067.x
Schilter, B., Andersson, C., Anton, R., Constable, A., Kleiner, J., O’Brien, J., Renwick, A.G., Korver, O., Smith, F. yWalker, R., 2003. Guidance for the safety assessment of botanicals and botanical preparations for use in food and food supplements. En: Food and Chemical Toxicology, 41, pp.1625-1649. doi:doi:10.1016/S0278-6915(03)00221-7
Stallman, J., Funk, V., Price, J. y Knoppe, M., 2019. DNA barcodes fail to accurately differentiate species in Hawaiian plant lineages. En: Botanical Journal of the Linnean Society, (190), pp.374-388.
Stoeckle, M., Gamble, C., Kirpekar, R., Young, G., Ahmed, S. y Little, D., 2011. Commercial teas highlight plant DNA barcode identification successes and obstacles. En: Scientific Reports, 1, 42. doi:https://doi.org/10.1038/srep00042
Taberlet, P., Coissac, E., Pompanon, F., Gielly, L., Miquel, C., Valentini, A., Vermat, T., Corthier, G., Brochmann, Ch. y Willerslev, E., 2007. Power and limitations of the chloroplast trn L (UAA) intron for plant DNA barcoding. En: Nucleic Acids Research, 35(3), e14. doi:https://doi.org/10.1093/nar/gkl938
Theodoridis, S., Stefanaki, A., Tezcan, M., Aki, C., Kokkini, S. y Vlachonasios, K., 2012. DNA barcoding in native plants of the Labiatae (Lamiaceae) family from Chios Island (Greece) and the adjacent Çeşme‐Karaburun Peninsula (Turkey). En: Molecular Ecology Resources, 12(4),pp.620-633. https://doi.org/10.1111/j.1755-0998.2012.03129.x
Vassou, S., Kusuma, G. y Parani, M., 2015. DNA barcoding for species identification from dried and powdered plant parts: A case study with authentication of the raw drug market samples of Sida cordifolia. En: Gene,(559), pp.86-93. doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.gene.2015.01.025
Veldman, S., Jua, Y., Otienob, J., Abihudib, S., Posthouwerd, C., Gravendeeld, B., van Andeld, T.R. y de Boer, H., 2020. DNA barcoding augments conventional methods for identification of medicinal plant species traded at Tanzanian markets. En: Journal of Ethnopharmacology,250, 112495. doi:https://doi.org/10.1016/j.jep.2019.112495
Vijayan, K. y Tsou, C., 2010. DNA barcoding in plants: taxonomy in a new perspective. En: Current Science, 99(11), pp.1530-1541.
World Health Organization, 1999. WHO monographs on selected medicinal plants. Vol. 1. Ginebra: WHO.
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