DNA条形码技术在植物中的研究现状

DNA条形码技术(DNA barcoding)是用短的DNA片段对物种进行识别和鉴定的分子生物学技术。在动物研究中该技术已经成功应用于利用线粒体细胞色素c氧化酶亚基I(COI)进行物种鉴定和发现隐种或新物种。相对于动物, COI基因在高等植物中进化速率较慢, 因此植物条形码研究以叶绿体基因组作为重点, 但目前还处于寻找合适的基因片段阶段。许多学者对此进行了积极的探索, 报道了多种植物条形码的候选片段或组合, 但还没有获得满足所有标准的特征位点片段。该文介绍了DNA条形码的标准、优点、工作流程及数据分析方法, 总结了DNA条形码在植物中的研究现状。     

真菌DNA条形码研究进展

DNA条形码（DNA barcode）是通过一段短的标准DNA片段实现物种的快速、准确和标准化鉴定。线粒体细胞色素C氧化酶亚基I（COI）基因作为动物的DNA条形码已广泛应用于物种鉴定中,在植物上已选定叶绿体rbcL和matK基因作为基本的DNA条形码。目前世界各国真菌学家正对不同的真菌类群进行不同基因片段的筛选与评价,并在第四届国际生命条形码大会上正式推荐了ITS作为真菌的首选DNA条形码。对国内外真菌DNA条形码的研究进展进行总结与分析,并展望真菌DNA条形码的应用前景。     

植物DNA条形码研究进展

DNA条形码(DNA barcoding)已成为近5年来国际上生物多样性研究的热点,即通过使用短的标准DNA片段,对物种进行快速、准确的识别和鉴定.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COI基因中约650 bp长的一段.然而在植物中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,rpoCI,matK,rbcL,UPA,非编码区片段有tmH-psbA,atpF-atpH,psbK-psbI,此外还有核基因ITS.已有的研究表明以上任何一个单片段都不足以区分所有植物物种,因而不同的研究组相继提出了不同的片段组合方案,目前被广泛讨论的组合主要有5种.本文综述了DNA条形码序列的优点、标准、工作流程、分析方法和存在的争议,重点论述了植物条形码研究中被提议的各序列片段和组合的研究现状.     

藻类DNA条形码研究进展

DNA barcode,又称为DNA条形码,是指利用短的标准DNA序列的核苷酸多样性进行物种的鉴定和快速识别.目前该方法在动物分类研究中应用广泛,其中线粒体的细胞色素c氧化酶亚基1(cytochrome c oxidase subunit 1,COI或cox 1)基因中的约700bp长度的一段被用来作为标准DNA片段.在陆地植物条形码研究中,生命-植物条形码联盟会(Consortium for the Barcode of Life-Plant Working Group,CBOL-Plant Working Group)近期推荐将植物叶绿体中的两个基因片段rbcL+ matK作为初步的陆生植物条形码,此组合能在70％的程度上进行植物物种的鉴别.在海藻的分类研究中,DNA条形码的应用较少,已有的研究主要集中在硅藻、红藻和褐藻,尚没有学者明确提出适合藻类的DNA条形码.总结了能够作为藻类DNA条形码的序列特点、应用流程及分析方法,综述了DNA条形码在藻类中的研究现状和存在的问题,展望了藻类DNA条形码的应用前景.     

植物DNA条形码、物种形成和分类学

<正>DNA条形码最大的特点是用一段标准DNA序列就可以鉴定生物材料(特别是不具有分类特征的残缺或来自幼小个体的材料)和生物产品的物种来源(Hebert et al.,2003)。已有研究发现,动物中线粒体基因组的COI基因序列能鉴定多个动物类群的物种,被认为是理想的DNA条形码片段(Ward et al.,2005;TavaresBaker,2008)。而植物DNA条形码序列的确定还存在争议,例如应选择一个片段还是多     

植物DNA条形码在系统发育研究中的应用

<正>1常用植物DNA条形码物种的准确鉴定是开展科学研究和生物多样性保护的先决条件,但根据形态学特征进行物种鉴定对非专业人员而言比较困难。即使是专业人员,面对纷繁复杂的物种,要想逐一鉴定也难以实现。DNA条形码技术(DNA barcoding)为物种的快速、准确鉴定提供了可能(Hebert et al.,2003)。线粒体COI基因作为动物的DNA条形码已得到广泛应用。但对     

药用植物DNA条形码鉴定研究进展

DNA条形码是利用相对较短的标准DNA片段对物种进行快速准确鉴定的一门技术。DNA条形码技术可以从分子水平弥补传统鉴定方法的一些不足。该技术具有良好的通用性,使得物种鉴定过程更加快速,已经广泛应用于动物物种的鉴定研究中。近年来,随着药用植物DNA条形码鉴定研究的快速发展,逐渐形成了药用植物和植物源中药材鉴定的完善体系。本文综述了DNA条形码技术鉴定药用植物的原理,介绍了中草药传统鉴定方法及其缺陷、使用DNA条形码技术鉴定植物源药材的意义以及DNA条形码在药用植物鉴定中的应用,对其应用前景进行了展望。     

植物物种的快速鉴定与iFlora: DNA条形码在马先蒿属中的应用

DNA条形码技术就是利用一段较短的标准DNA序列对物种进行快速鉴定。与基于植物外部形态特征的传统分类鉴定方法相比, DNA条形码具有高效、准确,且易于实现自动化和标准化的特点。马先蒿属（Pedicularis L.）植物具对生（轮生）叶的种类70%以上分布在中国,近缘种间形态上非常相似,鉴定较为困难。研究选取马先蒿属具对生（轮生）叶类群43种164份样品,利用叶绿体基因（rbcL、matK、trnH psbA）和核基因（ITS）条形码片段,采用建树法和距离法检验4个条形码对这些物种的鉴定效果。结果表明,ITS片段用于建树法和距离法的鉴别率分别为81.40%和89.57%,其鉴别率高于3个叶绿体基因片段和任一基因片段的组合条码。另外,利用ITS成功解决了一些疑难种的分类问题。DNA条形码在马先蒿属研究中的实用性为新一代植物志（iFlora）实现物种的快速和准确鉴定提供了有力支持,并能为分类学、生态学、进化生物学、居群遗传学和保护遗传学等分支学科的研究提供重要信息。     

植物物种的快速鉴定与iFlora：DNA条形码在马先蒿属中的应用

DNA条形码技术就是利用一段较短的标准DNA序列对物种进行快速鉴定。与基于植物外部形态特征的传统分类鉴定方法相比,DNA条形码具有高效、准确,且易于实现自动化和标准化的特点。马先蒿属（PedicularisL．）植物具对生（轮生）叶的种类70％以上分布在中国．近缘种间形态上非常相似,鉴定较为困难。研究选取马先蒿属具对生（轮生）叶类群43种164份样品,利用叶绿体基因（rbcL、matK、trnH-psbA）和核基因（ITS）条形码片段,采用建树法和距离法检验4个条形码对这些物种的鉴定效果。结果表明,ITS片段用于建树法和距离法的鉴别率分别为81．40％和89．57％,其鉴别率高于3个叶绿体基因片段和任一基因片段的组合条码。另外,利用ITS成功解决了一些疑难种的分类问题。DNA条形码在马先蒿属研究中的实用性为新一代植物志（iFlora）实现物种的快速和准确鉴定提供了有力支持,并能为分类学、生态学、进化生物学、居群遗传学和保护遗传学等分支学科的研究提供重要信息。     

中国秋海棠属 (秋海棠科) 植物的DNA条形码评价

秋海棠属植物种类繁多,形态变异多样,导致种类的系统放置混乱,近缘种类鉴定困难。利用DNA条形码实现物种快速准确的鉴定技术具有不受形态特征约束的优势,为秋海棠属植物的分类鉴定提供了新的方法。本研究选择4个DNA条形码候选片段（rbcL,matK,trnH psbA,ITS）对中国秋海棠属26种136个个体进行了分析。结果显示：叶绿体基因rbcL,matK和trnH psbA种内和种间变异小,对秋海棠属植物的鉴别能力有限;ITS/ITS2种内和种间变异大,在本研究中物种正确鉴定率达到100%/96%,可考虑作为秋海棠属DNA条形码鉴定的候选片段。研究结果支持中国植物条形码研究组建议将核基因ITS/ITS2纳入种子植物DNA条形码核心片段中的观点。     

Single nucleotide polymorphism barcoding of cytochrome c oxidase I sequences for discriminating 17 species of Columbidae by decision tree algorithm

DNA barcodes are widely used in taxonomy, systematics, species identification, food safety, and forensic science. Most of the conventional DNA barcode sequences contain the whole information of a given barcoding gene. Most of the sequence information does not vary and is uninformative for a given group of taxa within a monophylum. We suggest here a method that reduces the amount of noninformative nucleotides in a given barcoding sequence of a major taxon, like the prokaryotes, or eukaryotic animals, plants, or fungi. The actual differences in genetic sequences, called single nucleotide polymorphism (SNP) genotyping, provide a tool for developing a rapid, reliable, and high‐throughput assay for the discrimination between known species. Here, we investigated SNPs as robust markers of genetic variation for identifying different pigeon species based on available cytochrome c oxidase I (COI) data. We propose here a decision tree‐based SNP barcoding (DTSB) algorithm where SNP patterns are selected from the DNA barcoding sequence of several evolutionarily related species in order to identify a single species with pigeons as an example. This approach can make use of any established barcoding system. We here firstly used as an example the mitochondrial gene COI information of 17 pigeon species (Columbidae, Aves) using DTSB after sequence trimming and alignment. SNPs were chosen which followed the rule of decision tree and species‐specific SNP barcodes. The shortest barcode of about 11 bp was then generated for discriminating 17 pigeon species using the DTSB method. This method provides a sequence alignment and tree decision approach to parsimoniously assign a unique and shortest SNP barcode for any known species of a chosen monophyletic taxon where a barcoding sequence is available.     

DNA条形码分析方法研究进展

DNA条形码是一段短的、标准化的DNA序列,DNA条形码技术通过对DNA条形码序列分析实现物种的有效鉴定.随着生物DNA条形码序列的大量测定,DNA条形码分析方法得到迅速发展,推动了其在生物分子鉴定中的应用.2003年以来,DNA条形码技术已广泛应用于动物、植物和真菌等物种的鉴定,并有力地推动了生物分类学、生物多样性和生态学等学科的发展.本文在综述DNA条形码技术的基础上,总结了5类主要的DNA条形码分析方法,即基于遗传距离的分析、基于遗传相似度的分析、基于系统发育树的分析、基于序列特征的分析和基于统计分类法的分析,并进一步展望了DNA条形码技术的发展与应用.     

关于植物DNA条形码研究技术规范

DNA条形码是利用标准的基因片段对物种进行快速鉴定的技术,已经成功用于生物物种分类和鉴定、生态学调查和生物多样性评估等研究领域。尽管生命条形码数据（BOLD）系统提供了主要针对动物类群DNA条形码研究的技术规范,但由于植物本身的生物学特性与所使用的条形码不同,因此已有技术规范并不完全适用于植物DNA条形码的研究。本文根据植物DNA条形码研究的特点与我国的实际情况,编写了植物DNA条形码研究技术标准和规范指南,具体包括十个方面的内容,即植物DNA条形码研究的样品采集策略;植物标本和野外数据的采集规范;植物标本图像信息的采集规范;植物DNA材料的采集规范;植物DNA材料的干燥与保存规范;植物总DNA的质量标准及保存规范;植物标准DNA条形码的选择与通用引物;DNA条形码的扩增与测序;DNA条形码数据的命名、编辑和提交规范;以及DNA条形码数据分析。我们期望通过这些标准规范的实施和在实践中的不断修订和完善,能为我国学者开展植物DNA条形码和iFlora研究提供参考和借鉴。
关键词：植物DNA条形码;技术规范;物种鉴定;标准;新一代植物志     

Towards writing the encyclopedia of life: an introduction to DNA barcoding

An international consortium of major natural history museums, herbaria and other organizations has launched an ambitious project, the 'Barcode of Life Initiative', to promote a process enabling the rapid and inexpensive identification of the estimated 10 million species on Earth. DNA barcoding is a diagnostic technique in which short DNA sequence(s) can be used for species identification. The first international scientific conference on Barcoding of Life was held at the Natural History Museum in London in February 2005, and here we review the scientific challenges discussed during this conference and in previous publications. Although still controversial, the scientific benefits of DNA barcoding include: (i) enabling species identification, including any life stage or fragment, (ii) facilitating species discoveries based on cluster analyses of gene sequences (e.g. cox1 = CO1, in animals), (iii) promoting development of handheld DNA sequencing technology that can be applied in the field for biodiversity inventories and (iv) providing insight into the diversity of life.     

DNA barcoding cannot reliably identify species of the blowfly genus Protocalliphora (Diptera: Calliphoridae)

In DNA barcoding, a short standardized DNA sequence is used to assign unknown individuals to species and aid in the discovery of new species. A fragment of the mitochondrial gene cytochrome c oxidase subunit 1 is emerging as the standard barcode region for animals. However, patterns of mitochondrial variability can be confounded by the spread of maternally transmitted bacteria that cosegregate with mitochondria. Here, we investigated the performance of barcoding in a sample comprising 12 species of the blow fly genus Protocalliphora, known to be infected with the endosymbiotic bacteria Wolbachia. We found that the barcoding approach showed very limited success: assignment of unknown individuals to species is impossible for 60% of the species, while using the technique to identify new species would underestimate the species number in the genus by 75%. This very low success of the barcoding approach is due to the non-monophyly of many of the species at the mitochondrial level. We even observed individuals from four different species with identical barcodes, which is, to our knowledge, the most extensive case of mtDNA haplotype sharing yet described. The pattern of Wolbachia infection strongly suggests that the lack of within-species monophyly results from introgressive hybridization associated with Wolbachia infection. Given that Wolbachia is known to infect between 15 and 75% of insect species, we conclude that identification at the species level based on mitochondrial sequence might not be possible for many insects. However, given that Wolbachia-associated mtDNA introgression is probably limited to very closely related species, identification at the genus level should remain possible.     

基于线粒体CO 1基因序列的DNA条形码在鲤科鲌属鱼类物种鉴定中的应用

本研究探讨了线粒体CO1基因作为DNA条形码对鲌属鱼类进行物种鉴定的可行性。研究中获得了鲌属4种鱼类共32个个体长度为816bp的CO1基因序列。利用MEGA软件计算鲌属鱼类种间及种内遗传距离,利用邻接法、最大简约法、最大似然法和Bayesian方法分别构建分子系统树。结果显示,鲌属鱼类的种间遗传距离显著大于种内遗传距离。在系统树中,鲌属鱼类每一物种的个体分别形成各自独立的分支。基于CO1基因的DNA条形码在识别鲌属鱼类物种方面和传统形态学基本一致,而且该基因可以探讨鲌属鱼类种间的系统发育关系。本研究表明以CO1基因作为鲌属鱼类DNA条形码进行物种鉴定具有一定的可行性。     

DNA条形码在中国金合欢属中的应用

根据形态特征难以准确地辨别金合欢属植物,DNA条形码技术提供了一种准确地鉴定物种的方法。本文利用条形码技术对中国金合欢属物种的序列(psbA trnH、matK、rbcL和ITS)及其不同组合进行比较,通过计算种内和种间变异进行barcoding gap分析,运用Wilcoxon秩和检验比较不同序列的变异性,构建系统树。结果表明：4个片段均存在barcoding gap,ITS序列种间变异率较psbA trnH、rbcL和matK序列有明显优势,单片段ITS正确鉴定率最高,ITS+rbcL片段联合条码的正确鉴定率最高,因此我们认为ITS片段或条形码组合ITS+rbcL是金合欢属的快速鉴别最理想的条码。     

A test of seven candidate barcode regions from the plastome in Picea (Pinaceae)

DNA barcoding, as a tool for species discrimination, has been used efficiently in animals, algae and fungi, but there are still debates on which DNA region(s) can be used as the standard barcode(s) for land plants. Gymnosperms, especially conifers, are important components of forests, and there is an urgent need for them to be identified through DNA barcoding because of their high frequency of collection in the field. However, the feasibility of DNA barcoding in gymnosperms has not been examined based on a dense species sampling. Here we selected seven candidate DNA barcodes from the plastome (matK, rbcL, rpoB, rpoC1, atpF-atpH, psbA-trnH, and psbK-psbI) to evaluate their suitability in Picea (spruce). The results showed that none of them or their different combinations has sufficient resolution for spruce species, although matK+rbcL might be used as a two-locus barcode. The low efficiency of these candidate barcodes in Picea might be caused by the paternal inheritance of the chloroplast genome, long generation time, recent radiation, and frequent inter-specific hybridization aided by wind pollination. Some of these factors could also be responsible for the difficulties in barcoding other plant groups. Furthermore, the potential of the nuclear LEAFY gene as a land plant barcode was discussed.