《DNA條形碼技術(shù)在木通不同種質(zhì)鑒別中的應(yīng)用通信技術(shù)專業(yè)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《DNA條形碼技術(shù)在木通不同種質(zhì)鑒別中的應(yīng)用通信技術(shù)專業(yè)（18頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、DNA條形碼技術(shù)在木通不同種質(zhì)鑒別中的應(yīng)用 摘要；條形碼技術(shù)是為實現(xiàn)對信息的自動掃描而設(shè)計的，它在零售業(yè)的發(fā)展過程中起到了重要作用，節(jié)省了交易時間，提高了銷售效率。隨著分子生物學(xué)技術(shù)和生物信息學(xué)的發(fā)展，基于DNA 技術(shù)進(jìn)行鑒定和分類的研究已成為生物分類學(xué)研究中引人注目的新方向和研究熱點。關(guān)于DNAbarcoding的大量報道見諸于相關(guān)學(xué)術(shù)刊物和其他媒體上，如Science_1I2]，Nature ]，PNAS_5I6]，The NewYork Tim

2、es¨， National Geographic News 等。生物條形碼協(xié)會(Consortium for the Barcode of Life)已有40個國家的130多個研究單位參與其中 。生物條形碼網(wǎng)站http：／／www、barcodinglife．con，真菌編碼網(wǎng)站ht．tp：／／www．a(chǎn)llfungi．org／，鱗翅目編碼網(wǎng)站http：／／www．lepbarcoding．org／，魚類編碼網(wǎng)站http：／／www．fishbo1．org／等網(wǎng)站相繼建立，2007年5月10日，世界上第一個DNA barcoding鑒定中心在加拿大University ofGuelp

3、h成立 。本文綜述了DNA barcoding技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并就該技術(shù)在中藥材鑒定中應(yīng)用的技術(shù)方法、技術(shù)路線、關(guān)鍵問題以及應(yīng)用范圍等方面開展研究進(jìn)行了論述，為建立中藥材DNA barcoding鑒定技術(shù)奠定基礎(chǔ) Abstract; bar code technology (Barcode techniques) is designed to realize the automatic scanning of information, it is in the development of retail industry played a

4、n important role in the process, save transaction time, improve sales efficiency. With the development of molecular biology and bioinformatics, identification and classification based on DNA bar.coding technology has become a new research direction and hotspot in the field of biological taxonomy. A

5、large number of reported about DNAbarcoding in the relevant academic journals and other media, such as Science_1I2], Nature, PNAS_5I6], The NewYork National Geographic News Times ", etc.. The Barcode (Consortium for the of Life) has been involved in more than and 130 research institutes in 40 c

6、ountries. Bio barcode website http: / / www, barcodinglife.con, fungi encoding website ht.tp: / / www.allfungi.org /, Lepidoptera encoding site http: / / www.lepbarcoding.org / fish, encoding website http: / / www.fishbo1.org / other sites have been established, in May 10, 2007, the world's firs

7、t DNA barcoding identification center was established in Canada University ofGuelph. This paper summarized the research status of DNA barcoding technology, technical method, and that the technique in identification of Chinese herbs application key technical route, and the application scope of the re

8、search are discussed, which lays the foundation for the establishment of Chinese herbal medicine DNA barcoding identification technology　　 目錄 摘要 2 Abstract 3 1．DNA條形碼的定義 4 2．作為DNA條形碼序列的特點及與基因組序列 5 3．DNA條形碼的發(fā)展及研究進(jìn)展 5 4.什么是條形碼技術(shù) 6 4.1DNA條形碼掃描技術(shù) 6 5.DNA條形碼：鑒別動物藥

9、的“利器” 9 6.當(dāng)前研究局限：實際應(yīng)用不夠 9 8.物種的基因條碼 12 結(jié)語   14 參考文獻(xiàn) 15 1．DNA條形碼的定義 　　在DNA分類學(xué)(DNA Taxonomy，即以DNA序列作為生物分類系統(tǒng)平臺)的基礎(chǔ)上 剮，加拿大動物學(xué)家Paul Hebert等對動物界，包括脊椎動物和無脊椎動 　　物共11門13 320個物種的線粒體細(xì)胞色素C氧化酶亞基1(Cytochrome C oxidase I，CO I)基因序列比較分 析，除腔腸動物Cnidaria外，98％ 的物種遺傳距離差異在種

10、內(nèi)0％ ～2％ ，種間平均可達(dá)到11．3％ ，據(jù)此提出可以用單一的小片段基因來代表物種，作為物種的條形編碼，為全球生物編碼 ’ ，即DNA barcoding(DNA條形碼)是利用一段標(biāo)準(zhǔn)DNA 序列作為標(biāo)記來實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確和自動化的物種鑒定，類似于超市利用條形碼掃描區(qū)分成千上萬種不同的商品。由于Paul Hebert 　　首先倡導(dǎo)將條形碼編碼技術(shù)應(yīng)用到生物物種鑒定中，因此他被稱為DNA條形編碼之父。 　　2．作為DNA條形碼序列的特點及與基因組序列 　　理想的DNA barcdoing應(yīng)當(dāng)符合下列標(biāo)準(zhǔn)：(1)具有足夠的變異性以區(qū)分不同的物種，同時具有相對的保守性；(2)必須是一段

11、標(biāo)準(zhǔn)的DNA區(qū)來盡可能鑒別不同的分類群；(3)目標(biāo)DNA區(qū)應(yīng)當(dāng)包含足夠的系統(tǒng)進(jìn)化信息以定位物種在分類系統(tǒng)(科、屬等)中的位置；(4)應(yīng)該是高度保守的引物設(shè)計區(qū)以便于通用引物的設(shè)計；(5)目標(biāo)DNA區(qū)應(yīng)該足夠的短以便于有部分降解的DNA的擴(kuò)增? 。DNA barcoding作為生物“種水平species—level”鑒定的工具引人注目。Genbank數(shù)據(jù)庫中CO I序列正在快速增加。Min等分析了CO I序列及其來源基因組核苷酸含量之間的關(guān)系，結(jié)果表明849個CO I基因的5 端的DNA barcoding序列令人驚奇地準(zhǔn)確地代表了其來源完整線粒體基因mtDNA的重要信息，也就是說對于未測序的基

12、因組，從DNA barcoding能快速預(yù)知完整基因組的組成 。 　　3．DNA條形碼的發(fā)展及研究進(jìn)展 　　2003年3月，20多位分類專家、分子生物學(xué)家和生物信息學(xué)家會聚美國冷泉港，召開了題為“Taxonomyand DNA”的會議。提出對全球所有生物種的某個特定基因進(jìn)行大規(guī)模測序，以期實現(xiàn)物種鑒定的目標(biāo)，進(jìn)而推進(jìn)生物進(jìn)化歷史的研究。9月，在冷泉港再次召開題為“Taxonomy，DNA and the Barcode of Life”的會議，對DNA條形編碼所有真核生物的科學(xué)性、社會利益有了更深入的討論和確定，并且還提出了組織策略及國際生物條形編碼計劃(International B

13、arcode of Life Pro—iect)的發(fā)展藍(lán)圖 。利用DNA barcoding可以進(jìn)行物種的鑒定、發(fā)現(xiàn)新種和隱存種，如巨藻 、馬達(dá)加斯加螞蟻 、蝴蝶 、熱帶鱗翅類 引、澳大利亞魚 、顯花植物 等。Hebert等對鱗翅目(Lepidopterans)昆蟲200個密切相關(guān)的種進(jìn)行CO I基因特定片段分析的結(jié)果表明該特定片段可以100％成功地鑒定每一個個體 。Yoo等 　　運用CO I作為條形碼對韓國92種鳥類物種進(jìn)行了有效鑒定。同時，CO I基因特定片段作為DNA barcoding在真菌的鑒定研究中也取得了有價值的結(jié)果 。Min等對Aseomyeota、Basidiomyeot

14、a、Chytridiomycota的3 1個真菌物種CO I進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示約600 bp的CO I基因片段長度可以準(zhǔn)確進(jìn)行鑒定 。由于CO I基因在植物中的進(jìn)化速率遠(yuǎn)慢于在動物中的進(jìn)化速率，不適合作為大多數(shù)植物的編碼基因，許多學(xué)者對植物中適合作為DNA barcoding的基因進(jìn)行了積極的探索。Kress等應(yīng)用rDNA ITS序列和質(zhì)體trnH—psbA基因間序列對53個科88個屬99個物種的進(jìn)行研究，結(jié)果表明rDNA ITS序列和質(zhì)體trnH—ps—基因間序列可以對植物物種進(jìn)行DNA條形編碼 。Chase等評價了葉綠體rbcL序列和rDNA ITS序列，并提出在陸地植物長期的DNA條形

15、編碼目標(biāo)研究中，需要進(jìn)行更為精確的多標(biāo)記序列條形碼研 　　究 。Taberlet等研究認(rèn)為葉綠體trnL(UAA)內(nèi)含子全序列(254—767 bp)及其P6環(huán)(10—143 bp)在作為DNA條形編碼中雖有不足，但仍具有許多優(yōu)勢，如引物高度保守，擴(kuò)增體系穩(wěn)定，P6環(huán)在高度降解的DNA樣本中仍然可以擴(kuò)增出來，在食品行業(yè)，法醫(yī)鑒定和永凍層中的樣品的鑒定研究中優(yōu)勢明顯? 。 由此可見，DNA．~arcoding技術(shù)可以利用一段或幾段標(biāo)準(zhǔn)DNA序列實現(xiàn)動物、植物和真菌物種的快速鑒定，該技術(shù)將是今后生物物種鑒定發(fā)展的必然趨勢。 4.什么是條形碼技術(shù) 4.1DNA條形碼掃描技術(shù)

16、 開放分類： 科學(xué)、分子生物學(xué)、生物分類學(xué)、前沿科技 就像超市通過條形碼識別商品一樣，有一天，你可以手持DNA條形碼掃描儀，到森林里去認(rèn)識每種動植物。 設(shè)想在一個悶熱的夏日夜晚，突然你的手臂被蚊子叮了一下。你立刻揮起另一只手，把這只蚊子拍死在手臂上。然而，手臂已經(jīng)腫起了一個小包。你有沒有產(chǎn)生這樣的后怕：這只蚊子是否攜帶西尼羅河病毒？ 如果科學(xué)家保羅·赫伯特的構(gòu)思能夠?qū)崿F(xiàn)，那么10年內(nèi)，你就可以輕而易舉地解決這種疑問。只需把被你打扁的蚊子身上的一部分放到掌上型掃描儀中，幾分鐘之內(nèi)，這個小機(jī)器就能顯示出有關(guān)這個蚊子種類的信息，告訴你剛才有沒有接觸到西尼羅河病毒。

17、 4.2尖端技術(shù)，平凡應(yīng)用 赫伯特是加拿大圭爾夫大學(xué)的動物學(xué)家，他被稱為DNA條形碼技術(shù)之父。這一概念認(rèn)為，就像在商店里掃描儀讀取條形碼那樣，地球上每種植物和動物也都能通過快速地分析DNA中的一小段加以識別。 “這種技術(shù)的使用將十分簡單，每個人都能識別遇到的任何一種生物?！彼f。只要把生物體的一小部分——皮、毛發(fā)、葉子等放到DNA條形碼掃描儀里，它就能識別出任何一種生物。赫伯特設(shè)想了這種裝置的許多用途：幫助航空公司識別與飛行器相撞的鳥類；協(xié)助生物學(xué)家確定被解剖的青蛙最后吃的是什么東西；讓衛(wèi)生監(jiān)督人員在加工食品中發(fā)現(xiàn)不符合規(guī)格的動植物成分；讓每個人都能隨時學(xué)習(xí)周圍的動植物知識

18、。 生命條形碼協(xié)會的執(zhí)行秘書戴維·欣德爾指出，DNA條形碼還可以加速發(fā)現(xiàn)新的物種。目前，分類學(xué)者已經(jīng)識別了大約200多萬種的動植物，而據(jù)估計，地球上共生存著1000多萬種動植物。欣德爾認(rèn)為，使用DNA條形碼技術(shù)，科學(xué)家能夠找出那些在條形碼數(shù)據(jù)庫中沒有的種類，讓分類學(xué)家解放出來去關(guān)注那些“全新的和激動人心的事物”。 本月，科學(xué)家將在倫敦召開生命條形碼協(xié)會的第一次國際會議。屆時，他們將討論DNA條形碼科學(xué)的進(jìn)展，以及為1000萬個物種建立條形碼庫打開國際合作的局面。這個數(shù)據(jù)庫將設(shè)置在美國國立衛(wèi)生研究院，向公眾開放的DNA序列數(shù)據(jù)庫GenBank中。 此外，赫伯特和

19、同事已經(jīng)在圭爾夫大學(xué)匯編了一個條形碼數(shù)據(jù)庫。雙方正在進(jìn)行討論以確定這兩個數(shù)據(jù)庫是否互補(bǔ)。 什么是DNA條形碼 為了讓條形碼數(shù)據(jù)庫成為一種經(jīng)濟(jì)有效的工具，生命條形碼協(xié)會正集中研究在所有生物當(dāng)中都存在的一個基因——細(xì)胞色素氧化酶1（CO1，cytochrome coxidase 1）的一部分。這部分DNA序列能夠區(qū)分出物種差異，其方式與超市利用條形碼區(qū)分不同品牌的同種商品幾乎一樣。 “對于大部分動物群體而言，利用CO1基因的方法十分有效。因此，如果要使用條形碼技術(shù)的話，應(yīng)該從那里開始。”赫伯特說。 CO1基因位于細(xì)胞線粒體中，只能從母體中遺傳（大部分在細(xì)胞核中找到的基因是從

20、母體和父體共同遺傳下來的）。赫伯特指出，線粒體DNA積聚突變的速度比核DNA快10倍。因此，關(guān)系密切的物種之間，線粒體DNA的差別要大于核DNA的差別，因而也更容易區(qū)分不同的物種。 赫伯特說，CO1基因很容易從許多動物中分離出來，有很大一部分的動物生命已顯示出有截然不同的CO1序列。然而，CO1對于維管束植物（用導(dǎo)管輸送液汁的植物，如蕨類和開花植物等）優(yōu)勢不十分明顯。 在本月的會議上，科學(xué)家將討論能快速確定物種的植物基因。 被隱藏的新種群 2004年10月發(fā)表的兩項研究闡明了DNA條形碼的功能。發(fā)表在《大眾科學(xué)圖書館生物卷》（PLoS Biology）的一篇論文當(dāng)中，由赫伯特

21、帶領(lǐng)的研究人員為260種北美鳥類排出了DNA條形碼序列。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，每只鳥都有單獨的條形碼，而種類間的差別，平均比同一種類不同個體之間的差別高出18倍。 在研究過程中，赫伯特和同事還在4個種類當(dāng)中發(fā)現(xiàn)各存在兩種不同的CO1條形碼的組。這表明，原來認(rèn)為的1個種類，實際上由2個種類組成。DNA條形碼顯示出了北美鳥類的4個新品種。 另一項研究中，由賓夕法尼亞大學(xué)的生物學(xué)家丹尼爾·詹曾帶領(lǐng)的研究人員運用DNA條形碼證實了1種在哥斯達(dá)黎加常見的蝴蝶——Astraptes fulgerator，實際上是10種蝴蝶。這項研究發(fā)表在美國科學(xué)院院刊上。 當(dāng)研究人員

22、意識到，捕捉到的2500只野生Astraptes fulgerator幼蟲能根據(jù)其不同的顏色和對食物的喜好分成幾個不同組時，他們想到了存在許多不同種類的可能性。然而，成年的蝴蝶是不能區(qū)分的。詹曾指出，“如果給Astraptes fulgerator種群范圍界定很廣的話，不難想象其中可能包含了許多被隱藏的種群?！弊铐懥恋呐u聲 加州大學(xué)伯克利分校的脊椎動物學(xué)家克雷格·莫里茨和卡拉·西塞羅在《大眾科學(xué)圖書館生物卷》發(fā)表了對赫伯特北美鳥類研究的評論。他們質(zhì)疑這項技術(shù)能否可靠地區(qū)分近緣種的差異——這是對DNA條形碼的批評中最響亮的聲音。 他們指出，DNA條

23、形碼技術(shù)與其它分類學(xué)方法結(jié)合使用，能夠幫助區(qū)別個體以及加快發(fā)現(xiàn)新種類的速度，但他們對該技術(shù)在何時何地使用持懷疑態(tài)度，指出“最大的挑戰(zhàn)存在于熱帶動植物的分類”。 欣德爾說，生命條形碼協(xié)會歡迎批評。但是，他并不相信條形碼的局限性會阻止分類學(xué)者在他們的工具箱中使用這種技術(shù)：“我認(rèn)為最重要的問題是：DNA條形碼技術(shù)會不會在分類學(xué)的修正和修飾過程中起作用？我認(rèn)為答案是十分肯定的。” 收銀員將貨物在機(jī)器前輕輕一刷，有關(guān)這個貨物的信息就立刻顯示在電腦屏幕上，這樣便捷的貨物辨識方式依賴于一項技術(shù)?D?D條形碼。在不遠(yuǎn)的將來，我國所有的藥用動物也將會有一個由該物種的DNA信息組成的條形碼，從而有效地提

24、高藥材真?zhèn)舞b別的水平，甚至進(jìn)一步推動藥材種植、生物制藥等的發(fā)展。記者從中國中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所獲悉，由該所牽頭，國內(nèi)十幾家科研院所參與的“中國藥用動物DNA條形碼研究”已于日前啟動。那么，到底什么是DNA條形碼，這一研究又將怎樣展開呢?記者就此進(jìn)行了采訪。 5.DNA條形碼：鑒別動物藥的“利器” 　　在藥材市場，面對來源繁多的，甚至已經(jīng)粉碎的動物藥材，許多人都會有這樣的想法：這是什么?這是真品么?這些疑問其實也正是長期困擾我國中藥界的一個難題---由于大部分動物藥都是貴重、緊缺藥材，通常以粉末等形式入藥，因此市場極為混亂，鑒別十分困難。 　　“在不遠(yuǎn)的將來，通過DNA條形碼研究，這個問題

25、也許會被輕而易舉地解決。”中國中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所的李軍德副研究員說，你只要將待鑒別的動物藥材的一小塊放進(jìn)專門的快速檢測儀器中，這個藥材的DNA信息就會顯示出來，再把這個信息與數(shù)據(jù)庫中該物種的標(biāo)準(zhǔn)DNA序列進(jìn)行對比，就可以鑒定它的真?zhèn)巍? 　　李軍德告訴記者，動物藥真?zhèn)舞b別問題實際上涉及一個非常專業(yè)的領(lǐng)域---分類學(xué)。以往的分類學(xué)研究方法主要側(cè)重于形態(tài)學(xué)比較，最近30年，分子系統(tǒng)學(xué)發(fā)展迅速，產(chǎn)生了分子分類學(xué)和DNA分類學(xué)等概念。2003年，加拿大學(xué)者Hebert等將分子方法拓展到整個生物分類應(yīng)用當(dāng)中，首次正式提出了DNA條形碼的概念。 　　所謂DNA條形碼，是指利用一段標(biāo)準(zhǔn)DNA序列作為標(biāo)記

26、來實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確和自動化的物種鑒定。這種新興分類學(xué)技術(shù)引起了越來越多的生物學(xué)家的關(guān)注，成為物種鑒定和分類學(xué)研究的新方向和研究熱點。目前，作為“國際生命條形碼計劃”四個中心節(jié)點(加拿大、美國、歐盟和中國)之一，我國在世界生物DNA系統(tǒng)分類及條形碼技術(shù)中占據(jù)相當(dāng)重要的地位，植物，包括藥用植物的DNA條形碼研究已經(jīng)全面啟動。 　　“將DNA條形碼技術(shù)應(yīng)用到藥用動物領(lǐng)域，就好比給每個藥用動物制定了特有的‘身份證’，將有效地解決動物藥鑒別的難題?！崩钴姷抡f。 　6.當(dāng)前研究局限：實際應(yīng)用不夠 那么，我國現(xiàn)有的技術(shù)能力是否足以開展藥用動物DNA條形碼研究呢?中國中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所的唐仕歡博士介紹，

27、目前國際上的DNA條形碼研究技術(shù)已經(jīng)比較成熟，主要針對在所有生物當(dāng)中都存在的一個基因---細(xì)胞色素氧化酶Ⅰ(COⅠ)基因的一部分進(jìn)行分析。這部分DNA序列能夠區(qū)分出物種差異，就像物種的“身份證”編號。 唐仕歡指出，近年來，我國在中藥材DNA分子鑒定技術(shù)上取得快速進(jìn)展，涌現(xiàn)出RFLP、RAPD、AP-PCR以及基因芯片等技術(shù)，已經(jīng)具備開展藥用動物DNA條形碼研究的能力。但總的來說，我國的藥用動物DNA分子鑒定研究還存在不少問題。 　　首先是研究品種十分局限，主要集中在蛇類中藥材、鹿類中藥材，以及雞內(nèi)金、海馬、中國科學(xué)院植物研究所系統(tǒng)與進(jìn)化植物學(xué)國家重點實驗室，北京100093摘要DNA條形碼

28、技術(shù)是利用標(biāo)準(zhǔn)的、具有足夠變異的、易擴(kuò)增且相對較短的DNA片段在物種內(nèi)的特異性和種間的多樣性而創(chuàng)建的一種新的生物身份識別系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對物種的快速自動鑒定。盡管這一技術(shù)在理論上和具體應(yīng)用上仍存在很多爭論，但DNA條形碼概念自2003年由加拿大分類學(xué)家Paul Hebert首次提出后就在世界范圍內(nèi)受到了廣泛關(guān)注。在植物類群中條形碼的研究和應(yīng)用尚處于探索階段，稍落后于對動物類群的研究，這豐要表現(xiàn)存：(1)DNA條形碼的選擇及其評價仍沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)：(2)對類群較全面的形態(tài)分類學(xué)修訂和植物DNA條形碼研究的結(jié)合十分缺乏：(3)以往研究在取樣上尺度較大，而對具體類群的研究較少，一個科或一個屬只用有限的

29、種類作為代表，同一種內(nèi)的取樣個體數(shù)量也不足，這樣雖然表而上看來利用選定的DNA條形碼可以較容易地把代表物種區(qū)分開，但實際上目前建議的植物DNA條形碼(例如由生命條形碼咨詢委員會植物工作組最近提出的rbcL和matK)由于其分子進(jìn)化速率較慢，在種級水平上，特別是對于那些經(jīng)歷了適應(yīng)輻射或快速進(jìn)化的屬來說，分辨率較低。而DNA條彤碼的應(yīng)用主要集中在屬內(nèi)物種水平的鑒別，因此只有針對具體類群進(jìn)行探索研究，發(fā)現(xiàn)進(jìn)化速率較快、分辨率高且通用性好的條形碼，才可能為建立完整的條形碼數(shù)據(jù)庫起到積極有效的作用。關(guān)鍵詞  ITS，matK，形態(tài)分類學(xué)，植物DNA條彤碼，rbcL，trnH-psbA &#

30、160;   分類學(xué)的主要任務(wù)包括描述和鑒定物種，提供簡潔、方便的信息檢索系統(tǒng)(Davis and Heywood，1963)。自雙名法確立以來的250多年里，人類共鑒定和捕述了約170萬種生物(Hawksworth，1995)，但這僅僅占到分類學(xué)家預(yù)計物種數(shù)量的15％(Gregory，2005)。以往的分類學(xué)研究方法土要側(cè)重于比較形態(tài)學(xué)方面，研究較為深入的大類群僅包括脊椎動物、昆蟲及高等植物，而對微小生物(休長不足1—10 mm的類群，如細(xì)菌、線蟲和螨蟲等)的研究較少。因此，對地球上如此眾多的物種進(jìn)行分類和鑒定仍然是一項長期而艱巨的任務(wù)(Blaxter，2003：Taut

31、z et aI．，20031。     最近30年，分子系統(tǒng)學(xué)發(fā)展迅速．利用DNA數(shù)據(jù)探討植物的系統(tǒng)發(fā)育已經(jīng)成為研究者普遍接受和采用的于段。其間，雖然也有不少學(xué)者試圖將分子生物學(xué)和生物信息學(xué)技術(shù)應(yīng)用到分類學(xué)領(lǐng)域，并產(chǎn)牛了分子分類學(xué)和DNA分類學(xué)(DNA taxonomy)等概念(Tautz et aI．。2002。2003)。然而直到幾年前，Hebert等(2003)將分了方法拓展到整個生物分類應(yīng)用當(dāng)中，才首次正式提出了DNA條形碼的概念。一些學(xué)者認(rèn)為DNA條形碼未來會將傳統(tǒng)分類學(xué)取而代之(Wheeler，2004：Ebach and Holdrege，2005

32、)，但多數(shù)學(xué)者認(rèn)為它將會彌補(bǔ)傳統(tǒng)分類學(xué)方法的不足(Godfray，2002：MaIlet and W…mott，2003：Hebert and Gregory，2005：SchindeI and M…er，2005)，是對日漸萎縮的傳統(tǒng)形態(tài)分類學(xué)強(qiáng)有力的補(bǔ)充，其文質(zhì)是作為種新的性狀來構(gòu)建分類系統(tǒng)，實現(xiàn)序列本身變異信息與現(xiàn)有形態(tài)分類學(xué)的結(jié)合(DeSalle et a1．，2005：Kristian— sen et a1．，2005：W…et aI．，2005：Haase et a1．，2007；H ajibabaei et al，2007；VogIer and Mona— ghan，2007)，

33、加快對全球生物物種進(jìn)行分類和鑒定的步伐(Smith et a1．，7.專家吁建立生物DNA條形碼全球統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫 2009年08月07日00:00 　 科學(xué)時報　 王學(xué)健 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，借用DNA條形碼技術(shù)“掃描”地球上種類繁多的物種將不再是夢想。這項新技術(shù)的應(yīng)用對于生物多樣性、有害生物控制、生物產(chǎn)品貿(mào)易監(jiān)管、生物來源食品、中藥產(chǎn)品、檢驗檢疫等領(lǐng)域?qū)l(fā)揮不可替代的作用。但目前，距離這一夢想的實現(xiàn)還有一定距離。在日前召開的中國科協(xié)第31期新觀點新學(xué)說學(xué)術(shù)沙龍上，有關(guān)專家呼吁：建立生物DNA條形碼全球統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫 “野外露營時，被不知名的蟲子咬了一口，要想知道咬人的蟲子是否有毒，只需用

34、隨身攜帶的DNA條形碼掃描儀輕輕刷一下小蟲子，儀器上隨即顯示它的名稱等信息。如果想進(jìn)一步了解，可以上網(wǎng)在全球通用的物種DNA條形碼數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行檢索，了解這一物種的特性及應(yīng)對方法。”在日前參加中國科協(xié)第31期新觀點新學(xué)說學(xué)術(shù)沙龍的專家們看來，這不再是遙不可及的夢想。 目前，地球上已知的生物至少已有150萬種，但一個人能夠認(rèn)識的物種不過1000多種。DNA條形碼技術(shù)應(yīng)運而生，這種用DNA鑒定物種的技術(shù)，是一種快速的、可自動化的以及全球通用的分類鑒定工具。南開大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授卜文俊說，DNA條形碼的優(yōu)點在于在沒有形態(tài)分類專家的參與下，能提供快速的物種評估；在結(jié)合形態(tài)學(xué)的基礎(chǔ)上，還可進(jìn)行深入細(xì)致

35、的形態(tài)分析，如形態(tài)功能、進(jìn)化適應(yīng)等。 主持沙龍的中國科學(xué)院動物所研究員黃大衛(wèi)說，DNA條形碼為我們認(rèn)識生物提供了一個新的方式。 中國疾病預(yù)防控制中心傳染病預(yù)防控制所媒介生物控制室主任劉起勇，曾赴東南亞海嘯災(zāi)區(qū)承擔(dān)登革熱、瘧疾等疾病的風(fēng)險評估和技術(shù)支持。他認(rèn)為，DNA條形碼是一種極具潛力的傳染病監(jiān)控技術(shù)。在常規(guī)病媒生物監(jiān)測和疫源地調(diào)查和疫情處理過程中，需要在現(xiàn)場處理大量的標(biāo)本，如果對標(biāo)本的鑒定不能做到細(xì)致準(zhǔn)確，就不能將完整標(biāo)本帶回實驗室進(jìn)行細(xì)致鑒定。而在一些昆蟲的滋生地調(diào)查中，主要得到一些不同發(fā)育階段的幼蟲，也不利于種類的準(zhǔn)確鑒定。因此，DNA條形碼技術(shù)可以用于標(biāo)本或樣品的準(zhǔn)確鑒定分類。

36、因此，全世界急需這樣一種快捷、精確、以DNA條形碼為基礎(chǔ)、全球通用的分類鑒定工具。但是，針對生物界150多萬種物種，DNA條形碼識別系統(tǒng)的建立十分艱難。 建立全球生物DNA條形碼公共數(shù)據(jù)庫，并不像想象中的那么容易。卜文俊說，建立一個庫需要很多要素：地理分布、照片、生物學(xué)的記載、系統(tǒng)發(fā)育或者是種群學(xué)的數(shù)據(jù)，還需要跟其他大的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行鏈接。“也許這個庫最終不是一個單一的庫，而是生物多樣性記載的一個庫。分子的數(shù)據(jù)通過條形碼來體現(xiàn)?！? “從條形碼本身來講，物品的條形碼是唯一的。但是對于生物來說，我們所用的條形碼不是人為編制的，而是形成的一個基因序列。在不同的物種間和物種內(nèi)有變異的范圍，唯一性不強(qiáng)。

37、”卜文俊說。 “現(xiàn)在的做法是，變異范圍是一個經(jīng)驗值，比如2%、3%的序列差異。”卜文俊介紹，分子體現(xiàn)的是同一物種下的多樣性，而如何記載同一物種中的大量的變異問題——是換成不同的物種記載，還是記載物種下的變異類型，這成為DNA條形碼工作中的難點。 對于這個數(shù)據(jù)庫的特性，卜文俊則呼吁，“它應(yīng)該是一個公共的數(shù)據(jù)庫，全球參與”。在數(shù)據(jù)庫建好之后，也可以引入商業(yè)機(jī)制，進(jìn)行基于數(shù)據(jù)庫的其他分析。 與會的其他專家表示，DNA條形碼技術(shù)與其他分類學(xué)方法結(jié)合使用，能夠幫助區(qū)別個體以及加快發(fā)現(xiàn)新種類的速度，條形碼作為一種初步篩選技術(shù)，能夠達(dá)到快速識別的目的，但是要最終確定一個新物種，還需要其他很多縝密的檢測

38、手段。 8.物種的基因條碼 在人類即將結(jié)束叫的時候生物分類學(xué)面臨十字關(guān)頭。雖然生物學(xué)家和自然保護(hù)學(xué)家在競相進(jìn)行物的鑒別和量化研究，但生物分類學(xué)的研究經(jīng)費在減少，學(xué)術(shù)價值在下降。"我長期在熱帶工作，對于生物學(xué)家不能識別身邊生物體系時的那種挫折，我感同身受。"加拿大分子生物多樣性研究中心主任、進(jìn)化生物學(xué)家PadD.N.Heber說。因此，在2003年，繞過繁雜的分類工作，Hebert提出了一種新的生物身份識別(ID)系統(tǒng):根據(jù)一段線粒體基因片斷給物種“貼上標(biāo)簽”。這些所謂的DNA條碼立即贏得了公眾的喜愛，預(yù)示著有朝一日，研究者們甚至利用Star Trek--ian“三

39、錄儀”就可以在野外進(jìn)行簡單的DNA測試。但是，自從該方案提出后，已有幾十位生物分類學(xué)家對這種捷徑提出批評，聲稱那樣會使那些為確保ID精度和準(zhǔn)確度而有針對性地精心研制的系統(tǒng)受到影響。 　　Hebert的方案針對細(xì)胞色素C氧化酶亞單元I(COI)基因的一個序列片斷。他認(rèn)為該基因片斷對不同的物群來說是獨特的。去年，Hebert和他的同事們根據(jù)DNA條碼從一些以前沒有被分類的鳥和蝴蝶中鑒別出了新的物種，從而證實了這一方案的原理。在2月份倫敦的一次會議上，生物條碼協(xié)會(Consortium for the Barcode of Life)宣布，計劃在今后5年內(nèi)，建立所有鳥類和魚類條碼，并對哥斯達(dá)黎加所

40、有開花類植物用DNA條碼進(jìn)行分類。這些計劃將通向一個更加宏偉的目標(biāo):為所有生物建立基因標(biāo)簽，并建立地球上生物多樣性樣本目錄(目前，人類正式知曉的物種約只占世界總物種數(shù)的十分之一)。 　　但是，倫敦自然歷史博物館的昆蟲學(xué)家QuentinD.Wheeler警告說，就象任何事物一樣，條碼技術(shù)“可以用于造福，也可用來為害”。如果符合正規(guī)的描述與分類，那么，標(biāo)準(zhǔn)化的物種標(biāo)簽是令人激動的。在Wheeler和其他批評者看來，對生物分類學(xué)的發(fā)展造成威脅的是條碼儀的一個更加野心勃勃的目標(biāo)一一用COI系統(tǒng)來創(chuàng)建“臨時的”新物種定義。 　　反對者的理由是把分類問題過于簡單化了?！按笞匀皇菑?fù)雜而混亂的，”夏威夷大

41、學(xué)昆蟲學(xué)家Daniel Rubinoff如此說。目前，存在多種物種定義，因為沒有人知道一個物種要具備哪些特征。生物分類學(xué)最"科學(xué)"的地方就在于分析了數(shù)百種特征后才得出了這些定義。這就是為什么使用單一特征數(shù)據(jù)集的條碼儀“有點象回到了中世紀(jì)”，Rubinoff說。加州大學(xué)伯克利分校的生物學(xué)家BrentD.Mist1ler對此也有同感，他認(rèn)為用于物種鑒別的條碼技術(shù)“其方向是完全錯誤的，會損害基本的分類系統(tǒng)?！蹦壳?，該系統(tǒng)依賴外觀形態(tài)、生態(tài)和基因數(shù)據(jù)并根據(jù)進(jìn)化程度對物種進(jìn)行分類。 　　反對者對條碼技術(shù)的準(zhǔn)確性也表示懷疑。Hebert把誤差率固定在2%，誤差率如此低，該技術(shù)完全可以

42、用于對動物分類。但是，迄今為止，僅找到了少數(shù)幾個例證。而且，測試很簡單。近親亞種的正確鑒別通常是最重要的。艾伯塔大學(xué)生物學(xué)家Felix Sperling說，也是科學(xué)家通過COI進(jìn)行分類最難的。一些分裂的物種或雜交物種也提出了挑戰(zhàn)，因為獨立的物種已經(jīng)繁衍了后代，但基因序列可能還沒有進(jìn)化到能反映出分裂或雜交這樣的事件。 　　Heber爭辯說，條碼系統(tǒng)的目的旨在增加現(xiàn)有的物種分類，"先把生物粗略地分類"，以后再對分類進(jìn)行修訂。然而，反對者擔(dān)心花10~20億美元來搞這樣的項目只會是分流了研究經(jīng)費，最后還得靠“真正的”生物分類學(xué)來收拾殘局。Wheeler等人為《系統(tǒng)生物學(xué)》期刊所撰

43、寫的一篇待發(fā)表的文章中寫道：“在電子基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)字工具和IT時代，曾經(jīng)阻礙生物分類學(xué)發(fā)展的大多數(shù)障礙已不復(fù)存在。但現(xiàn)在，生物分類學(xué)又處于這樣一種危險：它會象剛剛在客廳戲法中用過的道具一樣被拋棄?！? 　　專家們也指出，基因條碼不能與另一個主要的分類系統(tǒng)一一生命樹集成應(yīng)用。生命樹是一種經(jīng)過了同行專家評審的進(jìn)化分枝圖，它建立了所有已知親緣關(guān)系之間的聯(lián)系(但條碼提供的證據(jù)太少，不足以為生命樹上的正規(guī)物種提供一個標(biāo)簽)。Hebert的數(shù)據(jù)庫最多也只能與生命樹同時存在，在樹上添加一些未經(jīng)測試的“樹葉”而已。Hebert說，盡管有這些阻力，“我們終于建立了一個自動化的數(shù)字信息庫?！钡?，其他人則認(rèn)為，一成

44、不變的條碼似乎會忽視物種的一個基本意義：物種因進(jìn)化而不斷改變最終的形態(tài)。 結(jié)語     一個由全球２０多所科研機(jī)構(gòu)研究人員組成的團(tuán)隊２７日公布研究報告稱，對于可對物種進(jìn)行甄別的ＤＮＡ（脫氧核糖核酸）條形碼技術(shù)來說，ｒｂｃＬ和ｍａｔＫ這兩個基因片斷是用來甄別植物物種的最有效基因片斷。     研究人員表示，在為期４年的研究中，他們嘗試?yán)茫颍猓悖毯停恚幔簦藘蓚€基因片斷甄別了４００種陸地植物樣品。能夠利用這兩個基因片斷組合立刻判斷出植物物種的概率為７２％；在剩余２８％的情況下，可以判斷

45、出植物所在的“屬”。     參與這項研究的加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)副教授肖恩·格雷厄姆說，ｒｂｃＬ和ｍａｔＫ兩個基因片斷在絕大多數(shù)植物中都存在，而且容易精確測序，可以說，二者形成了植物自身獨特的條形碼標(biāo)志。     ＤＮＡ條形碼技術(shù)是通過使用短的ＤＮＡ基因片斷對物種進(jìn)行快速、準(zhǔn)確識別的技術(shù)。這種技術(shù)在動物研究中已得到廣泛應(yīng)用，但在植物研究中進(jìn)展緩慢，原因是植物基因組進(jìn)化較慢，很難確定哪一部分基因片斷適合作為識別物種的“條形碼”。最新發(fā)現(xiàn)使這一難題得到了解決。    &

46、#160;這項研究成果將于２８日發(fā)表在新一期美國《國家科學(xué)院學(xué)報》上。 參考文獻(xiàn) ［1］ 田文忠,IAN RANCE,ELUNIALAI,等. 提高秈稻愈傷組織再生頻率的研究［J］. 遺傳學(xué)報,1994,21（3）:215-221. ［2］ 葉松青,儲成才,曹守云,等. 提高水稻轉(zhuǎn)化率幾個因素的研究［J］. 遺傳學(xué)報,2001,28（10）:933-938. ［3］ 趙艷,于彥春,錢前,等.無載體主干序列的bar和cecropin B基因表達(dá)框共轉(zhuǎn)化水稻［J］. 遺傳學(xué)報,2003,30（2）:135-141. ［4］ 安韓冰,朱禎,李慧芬,等.基因槍法轉(zhuǎn)

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