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。     

比较不同DNA条形码对中国海岸带耐盐植物的识别率

海岸带耐盐植物是一个生态和经济价值独特的庞杂类群,人们对其DNA条形码特性的了解甚少。本文对我国从辽宁到海南10个沿海省(市)大陆及岛屿海岸带耐盐植物广泛采样,从采集获得的样品中筛选出53科97属116个物种共562个样品进行DNA条形码研究。对3个叶绿体片段(mat K、rbc L、trn H-psb A)和1个核基因片段(ITS)进行了扩增和测序,统计各个片段的引物通用性和序列获得率,并检验了物种识别率。从序列获得率来看,mat K和trn H-psb A片段表现最好,ITS较差,ITS和mat K的引物通用性比其他2个片段差。序列相似性分析表明,单个片段ITS物种识别率最高(73.36%),其次为mat K(64.03%)和trn H-psb A(61.21%),rbc L的物种识别率最低,仅为46.41%。系统发育树分析显示mat K的物种识别率最高(82.3%),依据trn H-psb A片段难以获得可靠的系统发育树。多维度非度量分析(non-metric multidimensional scaling,NMDS)表明在进行海岸带区域性植物的DNA条形码研究时,叶绿体片段和核基因片段均应该考虑。综合上述研究结果,推荐联合片段ITS+mat K作为中国海岸带耐盐植物DNA条形码。本文为海岸带耐盐植物研究提供了总计1,939条DNA条形码基础数据,为构建耐盐植物DNA条形码数据库奠定了基础。     

用于灵芝属10个物种快速鉴定的DNA条形码筛选与验证

灵芝栽培品种常出现同名异物或同物异名的现象,依赖于灵芝的形态学特征鉴定物种的传统分类方法不足以鉴定物种的种间和种内差异。为开发简便而准确的分子水平灵芝属物种鉴定方法,以常用于种属鉴定的核糖体内转录间隔区（ITS）、微管蛋白基因（β-tubulin）片段、大亚基核糖体DNA(LSU)片段和基因编码RNA聚合酶Ⅱ第二大亚基（RPB2）片段4个DNA条形码,对灵芝属10个物种的44份菌株进行PCR扩增和测序,比较4个条形码的扩增成功率和变异率,根据种内、种间遗传距离差异分析筛选特异性的DNA条形码间隔（DBG）,并利用单独及联合条形码构建系统发育树验证筛选的DBG鉴定灵芝属物种的准确性。研究结果表明：β-tubulin和LSU片段的PCR扩增成功率均达100%,ITS和RPB2片段分别为95.35%和90.91%;对比ITS和LSU片段,β-tubulin和RPB2片段的种内最大遗传距离分别小于各自的种间最小遗传距离,存在明显的DBG,有利于准确对物种进行种间鉴定;利用ITS、β-tubulin和RPB2片段分别构建的系统发育树均能使灵芝属10个物种的所有个体聚为1个单系分支,而LSU片段不...     

藓类植物DNA条码的初步研究——以蔓藓科部分属为例

选取7个叶绿体基因片段,其中3个编码区基因片段（matK,rps4 and rbcL-a）和4个非编码区基因片段（atpB-rbcL,atpF-H,psbK-Iandtrn H-psbA）,一个线粒体基因片段（nad5）和一个核基因片段（ITS2）,材料包括5个属14个种的74份样品。分析比较了6个基因片段的多样性、种内和种间的遗传距离、鉴别率等。结果显示,在使用单个片段时ITS2的鉴定效果最好,而atpB-rbcL则是叶绿体基因片段中鉴别能力最高的。使用组合片段的结果发现,两个基因片段组合的鉴别效果最好。通过NJ树的方法检验,atpB-rbcL＋trn H-psbA和rbcL-a＋＋trn H-psbA的鉴定成功率是64%,当再增加一个或两个基因片段时其鉴定效果并没有提高。本研究表明在植物中应用DNA条码需要用质体基因和核基因联合。     

COI基因作为丛赤壳科真菌DNA条形码的测试

以丛赤壳科33种76个菌株为材料,探讨COI基因作为该科DNA条形码的可能性。结果表明,该DNA片段存在较多内含子,为了获取某些种的短片段,需设计许多引物,PCR扩增与测序成功率低,难以达到便捷、快速的物种鉴定的目的。因此,COI不宜作为丛赤壳科的DNA条形码。对已获得的少数片段进行分析表明,该基因对丛赤壳科部分种具有较强的物种鉴别力。     

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.     

线蛱蝶亚科蝶类部分类群线粒体COI基因的分子系统发生分析

以线粒体细胞色素氧化酶I（COI）基因作分子标记,对线蛱蝶亚科蝴蝶进行序列测定．序列分析的结果表明．经比对和处理后的序列总长度是645bp,其中有199个变异位点,147个简约信息位点;所编码的氨基酸序列中有18个变异位点,7个信息位点．A＋T平均含量为69．6％,G＋C平均含量为30．4％,碱基组成出现AT偏斜．以蛱蝶亚科及秀蛱蝶亚科物种为外类群,用NJ、MP及贝叶斯法重建了该亚科的系统发生树,探讨了它们主要类群间的系统发生关系．分子系统树显示,线蛱蝶亚科由以下3大支系：环蛱蝶族＋翠蛱蝶族、线蛱蝶族、丽蛱蝶族构成;其中,环蛱蝶族为单系群（NJ树也支持线蛱蝶族的单系性）;翠蛱蝶族与环蛱蝶族亲缘关系较近：丽蛱蝶族可能是该亚科较早分化出的一支．     

基于系统发育分析的DNA条形码技术在澄清芍药属牡丹组物种问题中的应用

清晰的物种概念是材料正确鉴定的基础,是DNA条形码技术应用的前提.本文通过芍药属牡丹组植物DNA条形码数据的系统发育分析,揭示牡丹组植物的进化谱系及其与分类上“物种”的关系.在此基础上分析DNA条形码技术在牡丹组植物中应用的可能性.同时,以芍药科芍药属牡丹组植物为例,讨论DNA条形码技术在应用中存在的问题与解决方案.研究材料包括牡丹组植物目前已知的几乎所有的变异类型（种或种下分类群）共40份.DNA序列来自叶绿体基因组ndhF,rps16-trnQ,trnL-F和trnS-G4个基因,共有（含插入/缺失）5040个位点,包含96个变异位点,其中信息位点69个;核基因组GPAT基因2093~2197bp,变异位点（含插入/缺失）总数279个,其中信息位点148个.叶绿体基因组与核基因组所揭示的包括四川牡丹、矮牡丹、卵叶牡丹和紫斑牡丹在内的进化线与根据形态所建立的物种限定不吻合：（ⅰ）叶绿体基因分化明显但核基因没有明显分化——四川牡丹和紫斑牡丹的各居群系统;（ⅱ）核基因分化显著而叶绿体基因分化很小——矮牡丹和卵叶牡丹.因为这些居群系统之间存在一定程度的地理隔离,但不存在生殖隔离,出现这种两个基因组数据背离的现象可能是由于不同居群系统在进化历史中捕获了其他居群系统的叶绿体基因组.这些基因作为牡丹组植物DNA条形码的适合性分析显示,叶绿体基因在种间或居群系统之间的变异是种或居群系统内变异的4.82倍,GPAT基因在种间或居群系统之间的变异是种或居群系统内变异的2.21倍,说明这些基因可作为牡丹组植物的DNA条形码.种间或居群系统之间完全分化位点的统计结果表明,这些种或居群系统之间存在相互区别所必需的位点.通过牡丹组植物DNA条形码分析,认为：（ⅰ）物种概念对DNA条形码技术能否成功应用有十分重要的影响,拟应用DNA条形码的类?     

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。     

亚热带森林乔木树种DNA条形码研究——以哀牢山自然保护区为例

作为新一代植物志iFlora的重要组成部分,DNA条形码已经成为物种鉴定中重要且有效的方法。本研究以亚热带森林的乔木树种为研究对象,开展了DNA条形码的尝试性工作。为评估DNA条形码对鉴定亚热带森林树种的有效性,收集并研究了来自哀牢山自然保护区内5l科111属中204个树种的525个乔木个体。结果显示,所选4个DNA片段（rbcL,matK,trnH-psbA和ITS）的PCR扩增成功率都超过90％;测序成功率rbcL和matK最高,分别为90．7％和90．5％,trnH-psbA次之（83．6％）,ITS最低（73．5％）,表明4个片段在亚热带森林乔木中都具有较好的通用性。应用BLAST与NJ Tree两种方法,对物种和属水平的鉴别成功率进行统计,发现单片段中ITS最高,分别为68．4％-81．3％和99．0％～100％,核心条码rkL和matK组合的成功率是52．8％～60．2％和86．7％～90．5％,再与补充条码trnH-psbA和ITS联合,可以成功鉴别74．7％～79．6％哀牢山自然保护区亚热带森林中的乔木物种。由于ITS片段在亚热带森林部分重要树种类群（樟科和壳斗科等）中的测序成功率较差,所以对这些植物类群采用trnH-psbA作为DNA条形码是一个更好的选择。     

地黄属植物的DNA条形码研究

地黄属(Rehmannia)为玄参科(Scrophulariaceae)药用植物,广泛分布于中国中东部及北部地区。由于地黄属植物经历了快速成种,导致其属内物种间形态性状差异较小,运用传统的形态学分类方法已难以准确地鉴定物种,近年来迅速发展起来的DNA条形码技术为快速、准确地鉴别物种提供了新思路。本研究选用3个叶绿体DNA非编码区片段(trn L-trn F、trn M-trn V和trn S-trn G)及核基因ITS片段,运用PWG-distance和TreeBuilding两种方法对地黄属5个物种75个个体进行了DNA条形码分析。结果表明:单个叶绿体DNA片段或核基因ITS片段对地黄属物种的鉴别率较低(0%~20%),组合的叶绿体DNA片段分辨能力虽然高于单个DNA片段,但并不能将地黄属5个物种完全区分开;trn S-trn G+ITS片段组合的分辨率可达100%,能够将地黄属5个物种准确区分,与所有叶绿体DNA片段和核基因ITS片段组合(trn L-trn F+trn M-trn V+trn S-trn G+ITS)的辨别率相同,因此推荐trn S-trn G+ITS作为地黄属植物的标准条形码。此外,利用DNA条形码鉴别物种时,可采用叶绿体DNA片段和核DNA片段组合的方法来提高物种鉴定的成功率。     

薯蓣和叉蕊薯蓣叶绿体基因组及特异性DNA条形码鉴定序列筛选研究

前期研究表明,目前常用的DNA条形码序列对薯蓣属物种的鉴定效率低.本研究利用高通量测序技术测定了薯蓣(Dioscorea opposita)和叉蕊薯蓣(D.collettii)叶绿体基因组,完成了其物理图谱绘制,基因组结构特征解析,特异性DNA条形码序列的筛选.薯蓣和叉蕊薯蓣叶绿体基因组总长度分别为152963和153870 bp,均包含两个反向重复区(IRs)、一个大单拷贝区(LSC)和一个小单拷贝区(SSC)4部分.薯蓣和叉蕊薯蓣均含有125个基因,其中包含87个蛋白编码基因、30个t RNA和8个r RNA.薯蓣和叉蕊薯蓣的GC含量分别为37.04%和37.17%,经多序列比对发现薯蓣属叶绿体基因组中非编码区变异高于保守的蛋白编码区域,LSC区、SSC区变异大于IR区,筛选出了10个潜在的适合作为鉴定薯蓣属植物的特异性DNA条形码序列,其中包括5个蛋白编码基因和5个基因间隔区.系统进化树显示,叶绿体全基因组序列也可作为薯蓣属物种鉴定的超级条形码.本研究为薯蓣属系统进化以及物种鉴定等领域的研究提供依据.     

基于4个叶绿体基因识别蓑藓属(Macromitrium)植物的可行性研究

我国的蓑藓属植物形态变异式样复杂,分类问题多.DNA条形码技术是一种新的物种鉴定技术.本研究以采自浙江、福建、云南、广西、四川等省的蓑藓属(Macromitrium)7个物种及其外类群直叶藓Macrocoma tenue subsp. sullivantii和火藓Schlotheimia grevilleana的38份标本为对象,获得了它们的叶绿体基因trnL、trnG、psbT和rps4序列,基于这些基因的不同组合构建了15棵贝叶斯系统发育树,获得了相应的蓑藓属植物的物种识别率、种内和种间的遗传距离.发现基于trnL-rps4、trnL-trnG-rps4、trnL-psbT-rps4、trnG-psbT-rps4和trnL-trnG-rps4-psbT等5个组合能够较好地识别本研究中蓑藓属植物,均得到了100%的物种识别率.考虑到扩增和测序的成功率和得到的7种蓑藓属植物的系统发育关系,建议将trnL-trnG-psbT组合用于蓑藓属植物的系统发育分析和物种识别的DNA条形码.     

莪术基原植物DNA条形码序列的筛选与鉴定

为寻找适用于中药材莪术基原植物鉴定的DNA条形码序列,探索快速高效的莪术基原植物鉴定的新方法,该文首先利用扩增成功率和测序成功率对中药材莪术三种基原植物,9个样本的7种DNA条形码序列(ITS、ITS2、matK、psbA-trnH、trnL-trnF、rpoB和atpB-rbcL)进行评估,然后利用MEGA6.0软件对获得的高质量的序列通过变异位点分析、遗传距离计算和系统树分析等进一步进行评估,最后将筛选到的DNA条形码序列对未知基原的待测样品进行基原鉴定。结果表明:(1) ITS、ITS2和matK等条形码序列在莪术基原植物中的扩增或测序成功率较低,难以应用于实际鉴定;而psbA-trnH、trnL-trnF和rpoB条形码序列变异位点信息过少,不足于区分莪术的三种不同基原植物;只有atpB-rbcL条形码序列的扩增和测序成功率较高,容易获得高质量的序列,同时序列长度(642～645 bp)理想,变异位点多(11个),可实现莪术的三种不同基原的区分鉴别。(2)待测样品经基于atpB-rbcL序列构建的系统发育树鉴别为温郁金。综上所述,叶绿体atpB-rbcL序列能够准确鉴定莪术不同基原植物,可以作为中药材莪术基原植物鉴定的条形码序列。     

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。     

红花变豆菜叶绿体基因组结构及同属种间关系研究

红花变豆菜（Sanicula rubriflora F. Schmidt）是有药用价值的植物,全株干燥后与其他药用同属植物易混淆,种间关系存在争议,通过高通量测序技术对红花变豆菜叶绿体基因组测序,利用生物信息学方法对测序数据进行拼接、注释,首次报道红花变豆菜叶绿体基因组结构及特点,利用叶绿体基因组数据,提供种间分类新证据,并且分析相关类群的进化关系。S. rubriflora叶绿体基因组序列的长度为155 721 bp,其中包括一个85 981 bp的大单拷贝区（large single copy,LSC）和一个17 060 bp的小单拷贝区（small single-copy region,SSC）,它们被两个26 340 bp的反向重复区（inverted repeat sequence,IRs）隔开。红花变豆菜叶绿体基因组GC含量为38.20%,包含129个基因,其中84个蛋白质编码基因,37个tRNA基因和8个rRNA基因。红花变豆菜叶绿体基因组结构具有高度保守性,其中编码基因共有51 907个密码子,最多编码5 095个亮氨酸,最少编码689个色氨酸,简单重复序列分析共发现32个位点,大多数是单碱基重复的A/T类型。叶绿体基因组聚类结果支持天胡荽亚科（Hydrocotyloideae）是伞形科（Umbelliferae）内比较原始的类群;变豆菜亚科（Saniculoideae）和芹亚科（Apioideae）为姊妹类群,是伞形科较进化的类群;变豆菜属植物是一个相对自然的类群;红花变豆菜与黄花变豆菜（S. flavovirens）为近缘姊妹种,但是两者形态和地理分布差异较大。该研究结果为变豆菜属属下种间鉴定及其种间演化奠定基础。     

竹亚科系统学和生物地理学研究进展及存在的问题

对近年来在竹亚科作为一个单系类群的界定、其系统位置的确定、内部系统演化趋势以及地理分布和起源方面研究所取得的进展进行了评述。竹亚科作为一个单系类群仅包括了木本的竹族（Bambuseae)和一个草本的莪利竹族（Olyreae),其中莪利竹族分布在新几内亚的伊里安竹（Buergersiochloa)处于Olyreae最基部。禾本科12个亚科中除了3个亚科为基部类群以外,其余9个亚科分成PACCAD（包括黍亚科,狭义的芦竹亚科,广义的虎尾草亚科,假淡竹叶亚科,三芒草亚科和扁芒草亚科）和BOP单系分支（包括竹亚科,稻亚科和早熟禾亚科）。在BOP支中,竹亚科与早熟禾亚科相近缘,共同组成稻亚科的姐妹群。竹亚科分成草本和木本两个单系类群,木本竹子又分成热带和温带支系,热带支系进一步分成新世界热带和旧世界热带两个单系类群。从现有的化石证据和基部类群的地理分布推断,竹亚科很可能起源于晚白垩纪的冈瓦纳古陆。最后,本文就竹亚科研究尚存在的问题做了初步探讨。     

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。