植物DNA条形码研究简介

植物DNA条形码

摘要DNA条形码技术是利用标准的、具有足够变异的、易扩增且相对较短的DNA片段在物种内的特异性和种间的多样性而创建的一种新的生物身份识别系统, 从而实现对物种的快速自动鉴定。尽管这一技术在理论上和具体应用上仍存在很多争论, 但DNA条形码概念自2003年由加拿大分类学家Paul Hebert首次提出后就在世界范围内受到了广泛关注。该技术在动物研究中已得到广泛的应用，所采用的标准片段是线粒体COl基因中约650 bp长的一段。然而在植物DNA条形码的研究进展相对缓慢，目前尚处于对所提议的各片段比较和评价阶段，还未获得一致的标准片段。由于植物中线粒体基因组进化速率较慢，因此条形码片段主要在叶绿体基因组上进行选择，被提议的编码基因片段主要有rpoB，rpoC1，matK,rbcL，UPA，非编码区片段有trnH-psbA，atpF-atpH,psbK-psbl,此外还有核基因ITS。

关键词DNA条形码，物种识别，ITS, matK, 形态分类学，植物DNA条形码, rbcL, trnH-psbA，DNA barcoding，DNA barcode，plant DNA barcoding

期刊或会议

生命条形码联盟(CBOL):由研究条形码的学者、专家所组成的国际性组织。2008年2月在昆明召开“中国生命条形码研究战略研讨会”。会议邀请十余名国外顶级专家以及国内植物、动物、微生物的知名学者，就DNA条形码的研究技术、策略和进展以及条形码管理发表演讲。中国科学院、国家自然科学基金委员会及科技部领导和近150名国内外专业人士参加了本次会议。2009年，为了明确中国生命条形码研究的发展战略，部署与生命条形码相关的各项工作，由中国科学院牵头，中科院动物研究所承办的“生命条码联盟（CBOL，the Consortium for the Barcode of Life）中国会议”近日召开。本次大会的主题是：建立国内的生命条形码合作平台，保持独立性并体现特色，在此基础上实现与国际进行接轨合作。大会旨在引进国际上生命条形码发展的先进理念、技术和成功经验，扩大与世界各国在生命条形码相关领域的交流与合作，进一步推进并指导我国生命条形码发展进程。

PLOS：公共科学图书馆（Public Library of Science，简称PLoS）是一个由科学家和医生组成的非营利机构，致力于把世界上科学和医学的文献作为免费资源向公众开放。2003年，PLoS作出一个非营利科学医学发布的决定，为科学家和医生提供高质量高水平的期刊，其中会发布他们最重要的作品。在这个开放资源的模式下，PLoS期刊直接在网上可以看到，免费使用，之后再发布或使用也没有任何限制，只要按创作共享注明出处授权条款的要求注明作者和来源即可。

Molecular Ecology Resources：分子生物学期刊

Trends in Ecology & Evolution：与生态学或进化的趋势相关的期刊

数据库

ArBOLd：主要收录DNA条形码相关文献的数据库

NCBI：NCBI数据库介绍如下

Nucleotide

该数据库由国际核苷酸序列数据库成员美国国立卫生研究院GenBank、日本DNA数据库(DDBJ)和英国Hinxton Hall的欧洲分子生物学实验室数据库(EMBL)三部分数据组成。这三个组织联合组成国际核苷酸序列数据库协作体，每天交换各自数据库中的新增序列记录实现数据共享。其中的序列数据也通过与基因组序列数据库(GSDB)合作获取；专利序列数据通过与美国专利与商标局、国际专利局合作获取。

Genome

即基因组数据库，提供了多种基因组、完全染色体、Contiged序列图谱以及一体化基因物理图谱。

Structures

即结构数据库或称分子模型数据库(MMDB)，包含来自X线晶体学和三维结构的实验数据。MMDB的数据从PDB(Protein Data Bank)获得。NCBI已经将结构数据交叉链接到书目信息、序列数据库和NCBI的Taxonomy中运用NCBI的3D结构浏览器和Cn3D，可以很容易地从Entrez获得分子的分子结构间相互作用的图像。

Taxonomy

即生物学门类数据库，可以按生物学门类进行检索或浏览其核苷酸序列、蛋白质序列、结构等。

PopSet

包含研究一个人群、一个种系发生或描述人群变化的一组组联合序列。PopSet既包含核酸序列数据又包含蛋白质序列数据。Entrez功能强大，在于它的大多数记录可相互链接，既可在同一数据库内链接，也可在数据库之间进行链接。当运用BLAST软件比较某氨基酸或DNA序列与库中其他氨基酸或DNA序列差异即进行相似性检索时，则会涉及到蛋白质库或核苷酸库的库内链接。库间链接发生在核苷酸数据库内的记录与PubMed库中已发表序列的引文间的链接，或蛋白质序列记录与核苷酸序列库中编码它的核苷酸序列间的链接。

NCBI数据库检索

NCBI数据库的检索方法很简单，在检索框中输入检索词，检索词间默认逻辑关系为AND，检索规则基本同PubMed。图2是显示检索结果页面。可以通过下拉菜单选择记录的显示格式，通常选择GenBank Report格式或FASTA Report格式。当选择GenBank Report格式后，屏幕显示较完整的基因记录，其内容包括：基因位点(Locus)、基因定义(Definition)、基因存取号(Accession)、核酸编号(NID )、关键词(Keywords)、来源(Source)、组织分类(Organism)、参考文献(Reference)、著者(Author)、题目(Title)、期刊Journal)、Medline存取号(Medline)、序列特征(Features)、基因(Gene)、CDS(cDNA)、等位基因(Allele) 对等的肽(Mat-Peptide )、计算碱基数(Base Count)、原序列(Origin)。而FASTA Report格式仅包括检出序列的简要特征描述。

●OMIM 孟德尔遗传学(OMIM)数据库是人类基因和基因疾病的目录数据库。该数据库包括原文信息、图片和参考信息，同时还可以链接到Entrez系统MEDLINE数据库中相关文献和序列信息。主页如图3所示。BLAST相似性检索BLAST(Basic Local Alignment Search Tool)是用于序列相似性检索的一个重要数据库，是区分基因和基因特征的工具。该软件能在15秒内完成整个DNA数据库的序列检索。BLAST记录的相关度有明确的统计学解释，以便更容易地将相关记录与随机的数据库记录相区分。在NCBI主页的左工具条中，点击BLAST图标，即进入BLAST主页。BLAST 主页提供了几种BLAST检索软件。其中BLAST2.0是一种新的BLAST检索工具，它在原有基础上作了改进，运行速度更快，灵敏度更高，同时具有Gapped BLAST 和PSI-BLAST两种软件的新功能。Gapped BLAST 允许在对准的序列中引入空位(碱基缺失或插入)，引入空位(Gaps)意味着在比较两个相关序列时不会出现中断(Break)现象。这些空位对准的记分系统更能反映相关序列的类似程度。PSI-BLAST的全称是Position-Specific Iterated BALST，即特殊位置重复BLAST，它提供了自动、易用的概貌(Profile)检索，是查找序列同源的有效工具。、The Barcode of Life Data Systems (BOLD)

国内研究前沿

昆明植物研究所（李德铢、高连明）：是中国植物DNA条形码研究的牵头单位。中国科学院大科学装置开放研究项目———“依托种质资源库的植物DNA条形码研究”2010年度会议于2010年8月12~13日在中国科学院昆明植物研究所成功召开。来自中科院昆明植物研究所、中科院植物研究所、中科院华南植物园、中科院武汉植物园、江苏省中科院植物研究所、广西植物所、中科院西双版纳热带植物园、深圳仙湖植物园、中国医科院药用植物研究所、中国中医科学院中药研究所、浙江大学、四川大学、上海交通大学、华东师范大学、