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     

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     

应用DNA条形码对植物标本的核查

DNA条形码主要目的是物种鉴定和新物种或隐存种的发现,而DNA条形码参考数据库是物种快速鉴定的重要基础。目前中国维管植物DNA条形码参考数据库正在建设之中,借助于公共数据库（NCBI）和初步建立的中国植物DNA条形码参考数据库,运用DNA条形码数据开展了植物标本鉴定的核查工作：（1）比较DNA序列信息与标本鉴定信息,从科、属、种级水平查找鉴定错误的标本;（2）基于有较好研究基础的DNA条形码参考数据库,开展未知标本的鉴定;（3）通过对标本核查的总结,提出DNA条形码参考数据库建设过程中的几点建议。     

传粉网络构建的定性定量分子研究: 应用与展望

传粉者是重要的生态功能提供者, 在维持稳定的生态系统和高效的农业生产力中发挥着重要作用。因此, 传粉网络的构建和监测工作对评价生态系统平衡和调控农业生产至关重要。该工作的基础就是通过对传粉者及植物的物种鉴定构建其相关性。传统的形态学物种鉴定对分类学专家的专业知识、时间和经验都提出较高的要求。DNA条形码和高通量测序技术(high-throughput sequencing, HTS)的发展及其在传粉网络研究中的应用, 提供了高效、准确鉴定传粉者与植物的方法, 大大提高了传粉网络构建的效率。本文阐述了传粉网络研究相关的研究方法和技术进展, 并提出利用高通量测序技术结合无PCR扩增(PCR-free)的“超级条形码”技术, 有望实现以更高的灵敏度和分辨率对混合物种样品进行定性及相对定量的监测。该方法的有效性已在其他生物多样性研究中得以验证, 在传粉网络研究中虽处于初始阶段, 但应用前景广阔。     

DNA条形码及其在生物多样性研究中的应用

DNA条形码是利用生物体内标准的、有足够变异的、易扩增且相对较短的DNA片段对物种进行快速准确鉴定的技术。自2003年DNA条形码相关概念提出以来广受关注,国内外相继开展了DNA条形码及信息系统建设研究,为DNA条形码技术的发展提供了坚实的研究基础和生物信息学分析平台。DNA条形码技术弥补了传统分类学的不足,为生物多样性研究提供了新的思路和方法。本文介绍了DNA条形码的产生与发展过程,国内外DNA条形码技术与信息系统建设研究进展,重点阐述了DNA条形码技术在物种鉴定、濒危物种保护、隐存种发现、生物多样性评估等研究领域中的应用。最后结合DNA条形码技术目前存在的问题,对其在相关研究领域的应用前景进行了展望。     

DNA条形码及其在海洋浮游动物生态学研究中的应用

浮游动物的准确鉴定是浮游动物生态学研究的基础.传统的基于形态特征的鉴定不仅费时费力,而且部分类群特别是浮游幼体由于形态差异细微,鉴定存在困难,导致物种多样性被低估.DNA条形码(DNA barcodes)技术为浮游动物物种鉴定提供了一个有力工具,已迅速应用于海洋浮游动物生态学研究.本文介绍了DNA条形码的基本概念、优势及局限性,总结了该技术(主要是基于线粒体细胞色素C氧化酶第一亚基(mtCOI)基因序列片段的DNA条形码)在海洋浮游动物物种快速鉴定、隐种发现、营养关系研究、生物入侵种监测、群落历史演变反演、种群遗传学以及生物地理学中的成功应用.随着DNA条形码数据库信息量覆盖率的不断提高和新一代测序技术的快速发展,DNA条形码将提供除了种类鉴定外更加丰富的信息,从而帮助人们更好地理解海洋浮游动物的多样性及其在生态系统中的功能,推动海洋浮游动物生态学的发展.     

戴云山国家级自然保护区访花昆虫DNA条形码数据集

访花和传粉昆虫对于维持生态系统功能具有重要作用,但我国相关昆虫类群的本底数据非常缺乏。作为基于特定基因序列的物种划分方法, DNA条形码在标本鉴定、新物种发现、生物多样性保护、种群遗传和进化等研究领域具有重要的应用价值。本文报道了福建戴云山国家级自然保护区双翅目、膜翅目和鞘翅目3个类群访花昆虫的815条线粒体COI条形码数据,并详细提供了所获样品的海拔分布信息。该数据集可为地区性昆虫多样性的DNA条形码数据库构建、隐存种发现、海拔梯度物种遗传多样性和生物多样性保护等方面研究提供帮助。     

“中国珍稀濒危植物DNA条形码鉴定平台”简介

<正>为解决珍稀濒危植物鉴定难的问题,中国科学院植物研究所建立了"中国珍稀濒危植物DNA条形码鉴定平台"(http://www.brep.ac.cn),使得通过分子手段快速准确鉴定珍稀濒危植物成为可能。该平台是建设中的"中国珍稀濒危植物信息系统"的核心内容之一,该信息系统不仅使分子鉴定和形态鉴定有机结合,而且还能获得有关鉴定结果(物种)的大量相关信息。1鉴定平台有六大特点第一,与国际DNA条形码领域充分接轨。平台建设者采用了国际社会建议的DNA条形码rbcL和matK,     

植物DNA条形码研究展望

<正>物种的鉴定是生物多样性研究的基石之一。在DNA双螺旋结构发现50年之际,加拿大学者提出了通过DNA条形码,即标准化的、较短的DNA序列对物种进行快速、准确鉴定的动议(Hebert et al.,2003)。经过12年的发展,DNA条形码已成为生物多样性研究领域发展最迅速的方向之一。一方面,DNA条形码和分子系统发育的研究使分类学、生态学、进化生物学等传统领域焕发出新的活力,极大     

生物DNA条形码:十年发展历程、研究尺度和功能

DNA条形码为现代生物学研究提供了丰富的分子信息、标准的数据平台和通用的技术规程。本文从动物、植物和微生物等三方面简要梳理了生物DNA条形码近十年来的兴起和发展历程。参照DNA条形码特征,将其生物学功能归纳为基本功能(如储备数据、鉴别物种)、延伸功能(如构建系统发育关系、服务特定行业、编制新一代生物图志)以及潜在功能(如物种整合)等三类。根据研究尺度,划分出类群(主要是专科专属类研究)、群落(以自然保护区和大型固定样地构成的生物群落)和区域(生物多样性热点地区)等三个水平。列出了国际生命条形码组织开展的十大类研究项目,从系统与分类学、生物多样性保护、系统发育进化生态学和数字化平台建设等四个方面分析了DNA条形码方法涉及的若干重要科学议题,并指出在各学科应用时可能遇到的问题。DNA条形码技术在生物科学领域潜力巨大,但还需在研究和论证过程中不断完善。     

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。     

Metabarcoding技术在植物鉴定和多样性研究中的应用

目前植物学研究已进入后植物志时代,iFlora的实现需要以传统植物分类学及相关研究为基础,整合基于高通量测序的DNA条形码（DNAbareoding）技术并开发便携式快速鉴定仪器及构建信息平台。传统植物鉴定多基于形态学分类,而近年来快速发展的DNA条形码快速鉴定技术被各界分类学家认可,在植物鉴定中也被广泛应用。但DNA条形码技术仍存在一些问题亟待解决,如种的鉴定需要多个条形码的解析、Sanger测序平台无法处理混合样品。本文介绍了传统植物分类技术和DNA条形码技术在植物研究中的应用和遇到的瓶颈;并重点介绍了基于高通量测序的metabarcoding技术在植物鉴定及多样性研究中的应用及前景,及其与iFlora的关系。     

基于DNA条形码技术构建王朗国家级自然保护区陆生脊椎动物遗传资源数据库及物种鉴定

DNA条形码(DNA barcode)是基因组中较短的、种内变异相对稳定的基因序列,已经成为生物多样性保护研究中物种鉴定、生物多样性评估的有力手段之一。四川王朗国家级自然保护区地处青藏高原东缘,属于世界生物多样性热点地区,具有丰富的生物资源,在我国珍稀动物保护领域具有重要地位。目前保护区已累积了大量的陆生脊椎动物监测数据,但缺乏遗传资源本底调查和基础的遗传资源数据库。本研究基于DNA条形码技术,以四川王朗国家级自然保护区为主要研究区域,基于样线法和博物馆标本调研,对所采集的314份样品进行DNA条形码分析,共鉴定兽类、鸟类、两栖类18目35科74种,首次获得了王朗齿突蟾(Scutigerwanglangensis)的线粒体基因(COI、12S-16S、16S、Cytb)及核基因(RAG1)的条形码序列信息,并通过比较不同监测方法说明了DNA条形码技术在动物多样性调查中的应用前景。本研究基于DNA条形码技术最终获得了216份DNA条形码数据,初步建立了保护区陆生脊椎动物遗传资源数据库,该数据库将为评估保护区生物多样性提供基础信息,为动物保护和管理工作提供技术支持。     

DNA条形码在生态学研究中的应用与展望

DNA条形码是利用标准的DNA片段对物种进行快速鉴定的技术,已在生物学各相关领域得到广泛应用。随着DNA条形码技术的不断发展和完善,已成功应用于生态学领域的相关研究中。本文综述了DNA条形码在物种快速鉴定和隐存种发现、群落系统发育重建和生态取证、群落内物种间相互关系研究等方面的应用,并介绍了DNAmetabarcoding技术和环境DNA条形码在生物多样性和生态学研究领域中的应用。最后,结合新的测序技术和未来大科学装置的发展,在相关数据库逐渐完善,新分析方法和计算模型不断开发使用的情景下,对DNA条形码在生态学相关领域的应用前景进行了展望。     

·荒漠草地植物多样性对草食动物采食的响应机制

草食动物采食对草地植物多样性和生态系统功能的影响机制是放牧生态学研究的核心问题。该研究以内蒙古锡林郭勒盟苏尼特右旗荒漠草原的长期放牧控制实验为平台, 从既有草地植物多样性和动物偏食性两个层面系统地研究了荒漠草地植物多样性对草食动物采食的响应机制。结果显示: 1)荒漠草地植物对草食动物采食呈现4种响应模式: 放牧“隐没种”、放牧“敏感种”、放牧“无感种”、“绝对优势种”; 2)在群落尺度上, 物种多样性指数随放牧强度增加而减少, 与不放牧小区相比, 重度放牧(HG)与适度放牧(MG)小区植物多样性均下降, 且这一规律同样适用于功能群多样性, 灌木半灌木这一功能群内物种多样性对放牧干扰较敏感; 3)在草地既有植物的基础上, 以不放牧小区为参考系, 草食动物对植物功能群偏食性的排序为: 一二年生草本(AB) >多年生杂类草(PF) >灌木半灌木(SS) >多年生禾草(PG), 且偏食性物种主要分布于AB和PF中; 4)植物多样性与动物偏食性基本呈显著负相关关系(p < 0.05)。     

从文献情报分析看iFlora 的发展趋势

在网络化、信息化逐渐改变人们学习、认知和生活的背景下,本文检索并分析了与iFlora研究相关的DNA条形码、生物多样性信息库、基因测序技术、移动鉴定设备等研究论文和情报,取得下列结果：（1） 植物DNA条形码的研究对象以及研究领域在不断延伸和扩展,但寻找高分辨率的DNA条码和组合片段仍是研究热点,相关的植物分类学、系统发育与演化、生态学、植物多样性等研究也在快速发展;（2） 生物多样性信息数据库建设爆发式增长,为iFlora的知识积累和扩展奠定了基础;（3） 第三代DNA测序技术的发展,快速测序设备的小型化将成为可能;（4） 物种认知和识别的初级移动设备已经出现;（5） 信息技术与植物科学等研究的结合,促进跨领域的研究合作和产品开发。本文讨论了iFlora研究计划,表明其是未来植物多样性研究的发展趋势。     

DNA条形码参考数据集构建和序列分析相关的新兴技术

近年来DNA条形码技术迅速发展, 产生的条形码的数量及其应用范围都呈指数性增长, 现已广泛用于物种鉴定、食性分析、生物多样性评估等方面。本文重点总结并讨论了构建条形码参考数据库和序列聚类相关的信息分析的技术和方法, 包括: 基于高通量测序(high throughput sequencing, HTS)平台以高效并较低的成本获取条形码序列的方法; 同时还介绍了从原始测序序列到分类操作单元(operational taxonomic units, OTUs)过程中的一些计算逻辑以及被广泛采用的软件和技术。这是一个较新并快速发展的领域, 我们希望本文能为读者提供一个梗概, 了解DNA条形码技术在生物多样性研究应用中的方法和手段。     

北京市高等植物种质资源信息查询系统的构建与特点

生物多样性信息学是生物多样性研究的重要内容,信息平台是生物多样性保护、生态教育和普及有效模式.目前,北京开展了大量的生物多样性资源的调查,但还缺少针对该区域系统而全面的物种资源信息化平台.针对北京地区生物多样性保护和生态教育的需要,基于2007～2009年开展的北京市高等植物种质资源全面系统的调查以及以往的研究数据,以物种多样性编目的数据库为框架,以计算机网络技术为支撑,构建北京市种质资源信息查询网络平台.该平台实现了高等植物种质资源信息的共享,用户可以准确查询到149科,61属,256种及变种的详细文字信息和图片信息,包括植物物种的分类、生态学特征、分布特点、濒危与保护状况、利用与人为干扰等.该平台的研建不仅为北京市植物物种资源的保护规划、外来物种的管理、资源利用等提供了重要信息支持,对科学研究和生态教育等也具有重要意义.     

中国大型真菌红色名录评估方法和程序

在中国大型真菌红色名录评估过程中, 根据大型真菌与动植物在生物学特性上的差异, 对IUCN物种红色名录标准做了适当调整, 形成了“中国大型真菌红色名录评估等级与标准”, 即: (1)依据可见的分布地点和子实体数量来估计、推测或判断种群的波动以及种群成熟个体数量的变化; (2)以一定的时间段代替世代时长来计算种群的变化情况; (3)将“疑似灭绝”作为一个独立的评估等级。评估基本数据来自于中国菌物名录数据库、真菌分类文献资料和专家咨询, 评估过程包括任务分工、数据收集、评估物种确定、建立评估表、初评、专家评审和编制红色名录等步骤, 最终完成《中国生物多样性红色名录——大型真菌卷》的编制。     

中国草原/荒漠植物多样性监测网 模式植物群落监测方案

“模式群落”是指能够反映某种植被分类单元基本特征, 并可作为准确描述该植被类型“标准”的典型植物群落。中国生物多样性监测网络——草原/荒漠植物多样性监测网旨在统一监测方法和技术规范的基础上, 在草原/荒漠植被主要群系分布的典型地段建立模式植物群落监测固定样方, 定期复查, 长期监测草原和荒漠的植物多样性变化。文章强调了典型植物群落监测是生物多样性监测的重要组成部分, 阐述了模式群落的概念, 介绍了草原/荒漠植物多样性监测网的总体思路和布局, 以及主要监测内容、方法、指标和预期产出。