DNA条形码试剂盒检测技术在大小蠹属种类鉴定中的应用

[目的]DNA条形码技术已成为生物分类鉴定的有力工具.DNA条形码技术的相关问题,如物种种内和种间的遗传距离出现重叠区域,将直接影响到物种鉴定的准确性.我们应用DNA条形码试剂盒检测技术来快速、准确地鉴定口岸截获的检疫性大小蠹属种类.[方法]针对大小蠹昆虫设计引物以提高PCR扩增效率.运用自主研发的基因条码分析软件找出基因片段上区分每个物种的多态位点规律,作为该物种的鉴定特征并建立数据库,应用于物种鉴定.[结果]使用针对大小蠹属昆虫设计的引物成功扩增出325 bp的COI基因片段.将大小蠹属12种昆虫的COI基因片段上的核苷酸诊断位点的组合作为物种的鉴定特征,可以准确地区分近似种.通过比对植物检疫鉴定系统数据库里的鉴定特征,将6个大小蠹属的未知样品成功鉴定到种(核苷酸序列一致性为100％),与形态鉴定结果一致.[结论]结果表明DNA条形码试剂盒检测技术可以准确鉴定大小蠹属的种类.该检测技术可以应用于其他经济重要性有害生物的检测鉴定.     

检疫性昆虫DNA条形码检测技术的研发与应用实例

【目的】DNA条形码技术是近年来生物分类鉴定的研究热点之一,已成为植物检疫性昆虫鉴定的有力工具。为快速、准确地鉴定口岸截获的昆虫种类,实现"检得出、检得准、检得快"的要求,我们研发了昆虫DNA条形码试剂盒检测技术(Insect DNA barcoding identification kit)。【方法】该检测技术针对出入境植物检疫性及危险性昆虫的主要类群,选择合适的基因片段、设计引物、对目标基因进行扩增测序,找出基因片段上区分每个物种的多态位点规律,作为该物种的鉴定特征并建立数据库,应用于植物检疫性及危险性昆虫的物种鉴定。【结果】以检疫性昆虫木蠹象属Pissodes为例,确定了木蠹象属5种昆虫的多态位点规律(鉴定特征),构建了用于物种鉴定的数据库。通过比对数据库里的鉴定特征,将未知样品鉴定为榛梢木蠹象P.terminalis(相似度100%),与形态鉴定结果一致。本文介绍了检测技术的原理、方法、技术流程及应用实例,并展望了其在有害生物检测中的推广应用前景。【结论】昆虫DNA条形码试剂盒检测技术为建立标准化,准确性高的物种鉴定平台打下基础,有着良好的推广应用前景。     

DNA条形码试剂盒检测技术在大小蠹属种类鉴定中的应用（英文）

【目的】DNA条形码技术已成为生物分类鉴定的有力工具。DNA条形码技术的相关问题,如物种种内和种间的遗传距离出现重叠区域,将直接影响到物种鉴定的准确性。我们应用DNA条形码试剂盒检测技术来快速、准确地鉴定口岸截获的检疫性大小蠹属种类。【方法】针对大小蠹昆虫设计引物以提高PCR扩增效率。运用自主研发的基因条码分析软件找出基因片段上区分每个物种的多态位点规律,作为该物种的鉴定特征并建立数据库,应用于物种鉴定。【结果】使用针对大小蠹属昆虫设计的引物成功扩增出325 bp的COI基因片段。将大小蠹属12种昆虫的COI基因片段上的核苷酸诊断位点的组合作为物种的鉴定特征,可以准确地区分近似种。通过比对植物检疫鉴定系统数据库里的鉴定特征,将6个大小蠹属的未知样品成功鉴定到种(核苷酸序列一致性为100%),与形态鉴定结果一致。【结论】结果表明DNA条形码试剂盒检测技术可以准确鉴定大小蠹属的种类。该检测技术可以应用于其他经济重要性有害生物的检测鉴定。     

三种猕猴桃根腐病致病菌多重实时定量PCR检测技术的建立及应用

[背景]近年来,随着猕猴桃种植面积的不断扩大,病害的频繁发生已逐渐影响猕猴桃的产量和品质。恶疫霉(Phytophthora cactorum)、樟疫霉(P.cinnamomi)和雪松疫霉(P.lateralis)是一类可以引起猕猴桃根腐病的致病疫霉菌。[目的]建立并优化可以同时检测3种致病疫霉的多重实时定量检测技术,并调查猕猴桃主要产区的致病菌分布情况。[方法]基于Ypt1 (ras-related protein gene)基因设计恶疫霉、樟疫霉和雪松疫霉的特异性TaqMan探针和引物,建立并优化多重实时荧光定量PCR检测体系。利用近缘种检验检测体系特异性并进行灵敏度测试,应用该检测体系分析猕猴桃主要产区根际土壤中3种致病疫霉的Yt1基因含量。[结果]供测试的11个恶疫霉近缘种、11个樟疫霉近缘种、13个雪松疫霉近缘种及非目标菌种DNA样品中均无荧光信号,反应结果为阴性,而在恶疫霉、樟疫霉和雪松疫霉DNA样品中分别检测出HEX、FAM和ROX荧光信号,反应结果为阳性。三种疫霉的检测灵敏度均达到100fg。此外,通过对猕猴桃主产区陕西省周至县和眉县果园共166份土壤样品的检测发现,恶疫霉的分布最广泛且Ypt1基因含量最高,樟疫霉和雪松疫霉则相对较少。[结论]建立的猕猴桃根腐病致病疫霉多重实时定量检测体系特异性强、灵敏度高,适合于恶疫霉、樟疫霉和雪松疫霉的检测及定量分析。该技术可为猕猴桃疫霉病害的早期诊断、监测及预防提供指导。     

北京白羊沟景区农林交错带蛾类DNA条形码鉴定

[目的]DNA条形码技术已经在多个类群中得到了广泛应用,但对数量巨大的鳞翅目昆虫而言,仍然缺失大量数据,尤其是形态鉴定较为困难的小蛾类和很多中型蛾类,尚无法构建较为完善的DNA条形码系统.本研究旨在为鳞翅目害虫DNA条形码系统的构建和完善提供数据来源及支撑,验证COⅠ基因作为DNA条形码通用基因的准确性,探讨28S rDNA的D2基因片段作为DNA条形码辅助基因的可行性,并检验目前BOLD系统的鉴定成功率.[方法]对采集自北京白羊沟风景区的小蛾类和中型蛾类490头标本进行形态鉴定和DNA测序,分别基于COⅠ及28S D2基因计算种内种间遗传距离,并构建了NJ系统发育树.[结果]BOLD系统的鉴定成功率为65％,对小蛾类和夜蛾类鉴定成功率较低.基于COⅠ基因的NJ树鉴定成功率为94.4％,基于28S D2基因的NJ树鉴定成功率为89.4％.[结论]结合种内与种间遗传距离结果,COⅠ基因适合作为鳞翅目蛾类DNA条形码通用基因,28S D2基因较为保守,不适合作为DNA条形码的辅助基因.     

应用DNA条形码构建天敌-猎物食物网的方法

定量构建天敌-猎物食物网是有效开展害虫管理的基础。常用的食物网构建方法有单克隆抗体法、肠道内容物的PCR检测法、实时荧光定量PCR法等。这些方法灵敏度高、特异性强,但只能定性或定量检测天敌对已知猎物物种,即已明确捕食或寄生关系的物种的捕食情况,并不能检测未明确捕食或寄生关系的猎物种类和捕食量。而DNA条形码是一段具有物种特异性的DNA短片段,能够实现物种的快速鉴定。它最早应用于昆虫分类学,现随着高通量测序技术的发展,基于高通量测序的DNA复合条形码技术,对猎物的扩增范围更广,弥补了常规分子方法只能检测已知猎物的缺陷,可实现已知或未知猎物物种的迅速确定,构建相对完整的食物网。为了提高猎物的检测率,完善食物网结构,本文总结了DNA条形码在天敌-猎物昆虫食物网构建中的技术路线,介绍了条形码基因的选择原理、通用引物的设计及验证方法、以及高通量测序及数据分析的基本流程,并以一个实例展示了该方法的实现过程,叙述了该方法的优点及目前存在的争议,旨在为研究基于保护和利用天敌昆虫、增强食物网稳定性的害虫生态调控提供理论指导和方法支持。     

转基因水稻华恢1号检测用质粒标准分子研制

质粒标准分子作为阳性标准品已广泛用于转基因作物及产品的核酸定量检测。但是目前多数质粒标准分子只用于研究,未能成为国家级标准物质。因此,按照国家一级标准物质技术规范,研制了用于检测转基因水稻华恢1号的质粒标准分子,内容包括质粒分子的构建、纯度分析、特异性检测、可替代性研究、均匀性检验、稳定性考察、定值与不确定度评估。结果表明,该质粒分子标准物质半年内稳定,可替代基因组作为华恢1号定量的阳性标准。     

小麦印度腥黑穗病菌和黑麦草腥黑粉菌检测标准分子构建

以小麦印度腥黑穗病菌和黑麦草腥黑粉菌为研究对象,采用分子克隆技术,分别构建了该两种真菌分子检测的标准分子。前者包括线粒体2297 bp的DNA序列以及rDNA710 bp的ITS序列,后者包括线粒体2.3kb的DNA序列以及rDNA710 bp的ITS序列。分别对该两个标准分子进行了性能评估试验,测试结果显示所构建的标准分子具有良好的特异性、均匀性和稳定性,能够满足小麦印度腥黑穗病菌和黑麦草腥黑粉菌分子检测需求。     

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。     

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。     

Plant DNA barcoding: from gene to genome

DNA barcoding is currently a widely used and effective tool that enables rapid and accurate identification of plant species; however, none of the available loci work across all species. Because single‐locus DNA barcodes lack adequate variations in closely related taxa, recent barcoding studies have placed high emphasis on the use of whole‐chloroplast genome sequences which are now more readily available as a consequence of improving sequencing technologies. While chloroplast genome sequencing can already deliver a reliable barcode for accurate plant identification it is not yet resource‐effective and does not yet offer the speed of analysis provided by single‐locus barcodes to unspecialized laboratory facilities. Here, we review the development of candidate barcodes and discuss the feasibility of using the chloroplast genome as a super‐barcode. We advocate a new approach for DNA barcoding that, for selected groups of taxa, combines the best use of single‐locus barcodes and super‐barcodes for efficient plant identification. Specific barcodes might enhance our ability to distinguish closely related plants at the species and population levels.     

人D6S1043-1型STR质粒DNA标准物质的研制

短串联重复序列（short tandem repeat，STR）是存在于人类基因组中的一类具有长度多态性的DNA序列，由含2~6个碱基对的重复单位串联构成。DNA STR分型检验是当前法庭科学进行个体识别和亲缘鉴定的主要依据。STR分型标准物质是DNA STR检验量值溯源的基础和关键物质，对其进行研究将极大推动我国法庭科学DNA STR检验的标准化进程。以STR基因座D6S1043为例，介绍人类基因组中STR序列的质粒DNA标准物质的制备过程。首先，合成包含13个重复单元（\[ATCT\]13）的D6S1043序列（定义为D6S1043-1）并将其与pUC57载体连接构建重组质粒，制备质粒溶液。其次，通过酶切鉴定、Sanger测序、多种STR分型试剂盒的分型鉴定等方法检验DNA序列的准确性。再次，采用微滴式数字PCR方法（droplet digital PCR，ddPCR）检测质粒浓度，评估质粒溶液的均匀性和稳定性。最后，由8家实验室协作，测定浓度标准值，综合分析均匀性检验、稳定性检验、定值过程等引入的不确定度，得到总不确定度；由6家实验室协作，测定D6S1043-1的分型值。结果表明：该标准物质的均匀性、稳定性良好，在-20 ℃可保存6个月，在4 ℃可保存14 d；核酸拷贝数为（7.7±1.2）×103 copies·μL-1；在D6S1043基因座上的分型值为13。人D6S1043-1型STR质粒DNA标准物质 \[编号：GBW（E）091072\] 是我国法庭科学DNA检验领域首批有证标准物质之一，其研制过程为其他STR基因座的质粒DNA标准物质的研制提供了一定的借鉴。     

转基因水稻克螟稻2号定量检测用质粒标准分子研制及不确定度评价

转基因作物的食用安全和环境安全一直受到消费者与各国政府及相关机构人员高度重视。质粒标准分子是转基因核酸量值的载体,为实现转基因植物核酸量值准确性、可比性和有效性提供保障。描述了转基因水稻克螟稻2号质粒标准分子(pKMD2)的研制过程,包括质粒构建、特异性、均匀性、稳定性、可替代性和量值及不确定度评价等方面。量值结果表明pKMD2质粒标准分子所含两个基因片段比值为1.032,不确定度为0.032,可以替代基因组作为阳性标准品用于实验室质控、含量检测及贸易争端等领域。     

From barcodes to genomes: extending the concept of DNA barcoding

DNA barcoding has had a major impact on biodiversity science. The elegant simplicity of establishing massive scale databases for a few barcode loci is continuing to change our understanding of species diversity patterns, and continues to enhance human abilities to distinguish among species. Capitalizing on the developments of next generation sequencing technologies and decreasing costs of genome sequencing, there is now the opportunity for the DNA barcoding concept to be extended to new kinds of genomic data. We illustrate the benefits and capacity to do this, and also note the constraints and barriers to overcome before it is truly scalable. We advocate a twin track approach: (i) continuation and acceleration of global efforts to build the DNA barcode reference library of life on earth using standard DNA barcodes and (ii) active development and application of extended DNA barcodes using genome skimming to augment the standard barcoding approach.     

Utility of GenBank and the Barcode of Life Data Systems (BOLD) for the identification of forensically important Diptera from Belgium and France

Fly larvae living on dead corpses can be used to estimate post-mortem intervals. The identification of these flies is decisive in forensic casework and can be facilitated by using DNA barcodes provided that a representative and comprehensive reference library of DNA barcodes is available.We constructed a local (Belgium and France) reference library of 85 sequences of the COI DNA barcode fragment (mitochondrial cytochrome c oxidase subunit I gene), from 16 fly species of forensic interest (Calliphoridae, Muscidae, Fanniidae). This library was then used to evaluate the ability of two public libraries (GenBank and the Barcode of Life Data Systems – BOLD) to identify specimens from Belgian and French forensic cases. The public libraries indeed allow a correct identification of most specimens. Yet, some of the identifications remain ambiguous and some forensically important fly species are not, or insufficiently, represented in the reference libraries. Several search options offered by GenBank and BOLD can be used to further improve the identifications obtained from both libraries using DNA barcodes.     

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。     

DNA宏条形码技术在食草动物食性研究中的应用

随着测序技术的快速发展,整合DNA条形码和高通量测序的DNA宏条形码技术已经成为当前研究热点之一,在食草动物的食性鉴定中有很大潜力。放牧动物食性研究是动物营养学和草地生态学领域的重要研究内容。而与传统食性研究方法相比,宏条形码技术可通过对植物DNA条形码的高通量测序,获得样本中的物种组成进而分析动物食性。介绍了传统食性分析手段的局限,重点综述了DNA宏条形码技术的产生、操作原理以及在食草类动物食性鉴定领域中的应用,同时还简述了可能存在的挑战,并对该技术今后的发展方向进行了展望。     

Challenges with Using Primer IDs to Improve Accuracy of Next Generation Sequencing

Next generation sequencing technologies, like ultra-deep pyrosequencing (UDPS), allows detailed investigation of complex populations, like RNA viruses, but its utility is limited by errors introduced during sample preparation and sequencing. By tagging each individual cDNA molecule with barcodes, referred to as Primer IDs, before PCR and sequencing these errors could theoretically be removed. Here we evaluated the Primer ID methodology on 257,846 UDPS reads generated from a HIV-1 SG3Δenv plasmid clone and plasma samples from three HIV-infected patients. The Primer ID consisted of 11 randomized nucleotides, 4,194,304 combinations, in the primer for cDNA synthesis that introduced a unique sequence tag into each cDNA molecule. Consensus template sequences were constructed for reads with Primer IDs that were observed three or more times. Despite high numbers of input template molecules, the number of consensus template sequences was low. With 10,000 input molecules for the clone as few as 97 consensus template sequences were obtained due to highly skewed frequency of resampling. Furthermore, the number of sequenced templates was overestimated due to PCR errors in the Primer IDs. Finally, some consensus template sequences were erroneous due to hotspots for UDPS errors. The Primer ID methodology has the potential to provide highly accurate deep sequencing. However, it is important to be aware that there are remaining challenges with the methodology. In particular it is important to find ways to obtain a more even frequency of resampling of template molecules as well as to identify and remove artefactual consensus template sequences that have been generated by PCR errors in the Primer IDs.     

Next-generation sequencing technologies for environmental DNA research

Since 2005, advances in next-generation sequencing technologies have revolutionized biological science. The analysis of environmental DNA through the use of specific gene markers such as species-specific DNA barcodes has been a key application of next-generation sequencing technologies in ecological and environmental research. Access to parallel, massive amounts of sequencing data, as well as subsequent improvements in read length and throughput of different sequencing platforms, is leading to a better representation of sample diversity at a reasonable cost. New technologies are being developed rapidly and have the potential to dramatically accelerate ecological and environmental research. The fast pace of development and improvements in next-generation sequencing technologies can reflect on broader and more robust applications in environmental DNA research. Here, we review the advantages and limitations of current next-generation sequencing technologies in regard to their application for environmental DNA analysis.