DNA条形码技术在生物分类中的应用

生物分类系统的主要平台, 即 DNA 分类学后 , 加拿 [2 , 3] 大 Gue lph 大学的动 物学家 Pau l H ebert 在 2003 年就明确提出了 DNA 条形码 ( DNA Barcod in g) 的概 念。 DNA 条形码技术简单地说, 就是通过使用一个 或一些短的 DNA 基因片段作为条形码来对物种进 行快速、 准确识别的技术。由于该技术具有利用生 物种群中的某些遗传保守性很强的 DNA 片段进行
Application of DNA barcoding in biological taxonom y
W E I Jian hong , WU W en ru, YU L iang w en, L I N X iao hua , LIW ei (G uangzhou University of T rad itiona l Ch ineseM ed icine, G uangzhou, G uangdong 510006, Ch ina ) Abstract : DNA barcod ing is a taxono m icm ethod that uses a short geneticm arker in an organ ism s DNA to iden tify it as belonging to a particu lar species . C urren tly , it has been w idely used in zoological taxonom y w ith the part sequence of m itochondrial cytoch rom e C oxidase subun it ( m tCO ). It could provide a theoretical basis for studying the la w s of species evolution, genetic variation, phylogeny and b iological d iversity and so on. Thew orkflo w ofDNA barcod ing , characteristics , app lications in b iological classification and fu tu re p rospects , w ere revie w ed in th is paper for the researchers in other areas rather than b iological taxono m y to learn m ore and app ly the technology in m ore fields . K ey words : DNA barcode ; b iological taxonom y ; m itochondrial CO gene ; species identification; app lication analysis
第 4期
韦健红, 等. DNA 条形码技术在生物分类中的应用
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后对测得的序列进行多重序列比对和聚类分析 , 从 而将某个体精确定位到某个分类群中。 序列数据分析是 DNA 条形码探索的最重要环 节 , 首先进行序列比 对和人工校正, 通过 M EGA 或 PAUP 计 算 种 内 和 种 间 的 K2P 距 离 ( K i m ura 2 param eter distance ) 用于表示不同分类阶元之间 的序列变异程度 , 比 较种、 属和科 3 个水平上的序 列差异 , 然后根据计算结 果建立 N J 树 ( ne ig hbour joining tree), 最后依据 DNA 条形码遗传距离就能对 未知标本进行分类和鉴定。
[ 4]
优势和特点, 使基因条码技术具有巨大的应用潜力, 在鉴定物种、 发现隐存种、 系统发育等生物多样性研 究中发挥了极其显著的作用。 3 . 1 鉴定物种的范围扩大 DNA 条码技术已为研究和利用地球上众多的生 物资源, 鉴定生物多样性提供了强大的工具 , 目前, DNA 条形码已广泛用于各物种的鉴定与分类。 M in 等 对 A scomycota、 Basidiom ycota、 Chytrid io m yco ta 的 31 个真菌物种细胞色素 C 氧化酶 基因 ( CO ) 进 行了研究 , 结果显示 , 约 600 bp 的 CO 基因片段长 度可 以准 确 进 行物 种 鉴 定。陈 念 等
继 2002 年 T autz等
[ 1]
提出要用 DNA 序列作为
物种鉴定和亲缘关系的定位 , 了解其分支来源, 甚至 可以预知其进化方向等诸多用途 , 使其成为近年来 生物分类学家关注的热点。为了让更多非生物分类 学研究者熟悉并将其应用于更多的领域 , 本文概述 了 DNA 条形码技术的主要工作流程、 技术特点、 在 生物分类研究中的应用及争论焦点 , 并展望了该技 术的应用前景。
1 DNA 条形码技术主要工作流程
DNA 条形码技术所应用的分 子生物学技术并 不复杂, 主要工作流程包括样品采集、 DNA 提取、 设 计和合 成 通用 引 物、 选引 物 , 优 化 反应 条 件进 行 PCR 扩增、 PCR 产物 的纯化、 序 列测定和分析。简 单来说, 即通过对一组来自不同生物个体的短的同 源 DNA 序列 (约 800 bp ) 进行 PCR 扩增和测序, 随
[ 7] [ 百度文库, 6]
2 DNA 条形码的技术特点
DNA 条形码技术提供了信息化的分类学标准 和有效的生物分类学手段 , 成为进展最迅速的学科 前沿之一。目前它主要应用于生物信息学和分类学 领域, 该技术具有以下几个特点。 ( 1) 不受发育 阶段的影 响。同种 生物的 DNA 序列信息在不同的生命周期是相同的, 所以该技术 检测对象可以是生物生命过程中的每一时期 , 如虫 卵、 幼虫、 成虫、 植物生长的任意生长阶段等, 较之传 统的方法扩大了研究对象的范围并有利于标准化的 实现。 ( 2) 不受个体形态特征的影响。传统分类对各 种形态特征齐全的标本的依赖 , 对于被子植物来说 , 根据缺少花果的标本 , 很难正确鉴定。应用 DNA 条 形码技术分类即使当样本受损也不 会影响识别结 果 , 而且还能准确地辨别形态相似性很高的物种。 ( 3) 不受物种的限制。一 个标准 DNA 条形码 数据库一但建立 , 可使各种物种的鉴定成为可能, 不 限于濒危物种、 土著物种或入侵种等。 ( 4) 可以鉴定出许多群体中普遍存在的隐存分 类单元。 ( 5) 获取信息量大。可通 过建立 DNA 条形码 数据库 , 一次快速鉴定大量样本。 ( 6) 精 确 性 高。 DNA 条 形码 技 术 利 用 碱 基 ACTG 组成的序列使物种鉴别数字化。这种数据库 使得全球范围内的现生物种能够很 准确的鉴定出 来。这种技术相对于表形标记鉴定方法。分子标记 鉴定技术具有更加准确、 可靠、 客观的特点。 ( 7) 操作方法简便并且高效容易掌握。不要求 具备很精准的生物专业技术 , 便于交叉学科的研究 者能很好运用该技术 , 从而加快生物分类的进程。
收稿日期 : 2010- 05- 31 基金项目 : 国家 自然科 学基 金项目 ( 30772741); 广东 省科 技 计划项目 ( 2007B020701004) 和 ( 2009B060700006) 作者简介 : 韦健红 ( 1986- ), 女 , 从事新技术在 中药品质研 究 中的应用 ; Em a i: l w jh. 86 @ 163。 co m; 通 讯 作者 : 李薇 , 教授 , 博 士生 导师 , 从事 中药 品种鉴 定和 品 质评价 , Em a i: l w jh. 86@ 163. com。
也研究了
DNA 条形码技术在真菌分类中的应用。研究者们 在动物分类和鉴定中的研究也证实了 DNA 条形码 技术的可行性与有效性, 潘程莹等
[ 8]
研究了斑腿蝗
科 ( Catantop idae) 7 种 蝗虫 线粒 体 CO 基 因作 为 DNA 条形码来识别蝗虫物种方面的可行性 , 结果表 明, 斑腿蝗科 3 属 7 种的 DNA 分类和形态学分类基 本一致。高 玉时 等
广东 药学院 学报
J ournal of Guangdong Pharmaceutical Co llege A ug . 2010, 26( 4)
综述
DNA 条形码技术在生物分类中的应用
韦健红 , 吴文如 , 喻良文 , 林小桦 , 李薇
(广州中医药大学, 广东 广州 510006)
摘要 : DNA 条形码技术是通过使用 DNA 序列对物种进行快速、 准确识 别的技术。目 前在动物分 类中最 常使用的基因序列是 线粒体细胞色素 C 氧化酶 亚基 ( m tCO ) 。该技术 的出现 可以为研 究物种 的进 化规律、 遗传变异、 系统发育以 及生物多样性等提供理论依据。为了让更多非生物分类学研究者了解并 将其应用于更多的领 域 , 本文概述了 DNA 条形码技术 的工作流程、 技术 特点以及 在生物分 类中的 应用 和对未来的展望。 关键词 : DNA 条形码 ; 生物分类 ; 线粒体 CO 基因 ; 物种鉴定 ; 应用分析 中图分类号 : Q 523 文 献标识码 : A do: i 10. 3969 / .j issn . 1006- 8783. 2010. 04. 028 文章编号 : 1006- 8783( 2010) 04- 0430- 04
[ 17] [ 16]
利用 rbcL
和 trn H psb A 组 合条 形 码 成功 鉴 定 出膜 蕨 新 种 研究发现采用 I T S 和 trnH psbA 组合条形码可以区分显花植物。 3 . 2 隐存分类单元的发现 物种的数目很难确定, 原因之一就是我们无法
3 DNA 条形码的应用
作为一种新兴的物种鉴定方法以及上述诸多的
[ 13]
通过筛选分析 , 发现 ITS2 片段适合作为杜鹃
[ 14]
属植物的 DNA 条形码。晁志等
建立对生药进行
准确鉴定和全面质量评价的二元条形码系统可望为 生药的准确鉴定与全面质量评价提供新途径。葛学 [ 15] 军研究 组 在 科 级 水 平 上 利用 10 种 分 子 标 记 ( atpF atp H、 mat K、 psbK psbl 、rbcL、rpoB、 rpoC l 、trnH psbA、 rps4 、trnL trnF 和 ITS2) 对藓类植物进行了评 价。发现 rbcL、 rpoC l 、trn H psbA、rps4 和 tm L f mF可 以作为 候选的 DNA 条形码。 N itta 等 Po ly phleb ium bo rbon icum。 Kress等
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广东药学院学报
第 26卷
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确定大自然还有多少个隐存种 , 隐存种不是新物种 , 是指在传统分类法中 , 没有被划分出来, 被归属为同 一个物种的不同物种。要知道确切的答案 , 除非对 至少一 个分类 单元里 的物 种进行 遗传 信息 分析。 DNA 条形码技术的出现, 成为发现那些形态相似但 存在遗传分化的隐种的有效途径, 这是对分类学的 重要贡献, 如巨藻、 马达加斯加蚂蚁、 澳大利亚鱼等 新种就是在利用 DNA 条形码技术对物种的鉴定过 [ 18] 程 中 发 现 的。 武 晓 云 等 在对西花蓟马 ( F rankliniella occid entalis ) rDNA ITS2 和 CO 基因 5! 末端序列的克隆与比较分析中 , 得出西花蓟马可 能是由两个 ( 或多个 ) 株系或隐存种组成的复合体。 [ 20] H ebert等 研 究了哥 斯达黎 加森 林中 的弄蝶 ( skipper butterflie s) , 它们之前被认为属于同一个种 ( A strap tes fu lg erator W alch) , 后来经分析发现这些蝴 蝶的 DNA 条形码被很清楚地归入了 10个不同的组 中 , 表明 这些 蝴蝶属 于 10 个 不同 的种 类。 AM I R YASSIN 等
[ 11]
利用 DNA 条
形码对蚊类进行研究, 结果表明利用 DNA 条形码信 息研制 DNA 芯片能够鉴定本研究中的 15 种蚊虫。 [ 12] Ann Bucklin 等 对北冰洋浮游动物的 m tCO 进行 了研究, 结果表明 m t CO 能够对浮游动物的十个物 种进行区分和鉴定。植物 DNA 条形码技术可以用 来快速鉴定 植物样 品和药 用植 物的 研究 , 石林 春 等
[ 9]
对 我国 6 个 地 方 鸡种 原 鸡
( Gallu s gallus)线 粒体 CO 基因进行了研究 , 结果 证明了 CO 基因的 Bar1 序列用于这些品种鉴定是 可行的。 王中 铎等
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研 究 了 南海 常 见硬 骨 鱼类
(T eleosts)CO 条码序列, 结果表明, CO 条码序列获 取便捷, 广泛适用硬骨鱼类物种鉴别, 并可用于低级 分类阶元的系统进化分析。赵明等