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.     

植物DNA条形码技术

DNA条形码技术是利用标准的、具有足够变异的、易扩增且相对较短的DNA片段在物种内的特异性和种间的多样性而创建的一种新的生物身份识别系统,从而实现对物种的快速自动鉴定。尽管这一技术在理论上和具体应用上仍存在很多争论。但DNA条形码概念自2003年由加拿大分类学家Paul Hebert首次提出后就在世界范围内受到了广泛关注。在植物类群中条形码的研究和应用尚处于探索阶段,稍落后于对动物类群的研究,这主要表现在：（1）DNA条形码的选择及其评价仍没有统一的标准：（2）对类群较全面的形态分类学修订和植物DNA条形码研究的结合十分缺乏：（3）以往研究在取样上尺度较大,而对具体类群的研究较少,一个科或一个属只用有限的种类作为代表,同一种内的取样个体数量也不足,这样虽然表面上看来利用选定的DNA条形码可以较容易地把代表物种区分开,但实际上目前建议的植物DNA条形码（例如由生命条形码咨询委员会植物工作组最近提出的rbcL和matK）由于其分子进化速率较慢,在种级水平上,特别是对于那些经历了适应辐射或快速进化的属来说,分辨率较低。而DNA条形码的应用主要集中在属内物种水平的鉴别,因此只有针对具体类群进行探索研究,发现进化速率较快、分辨率高且通用性好的条形码,才可能为建立完整的条形码数据库起到积极有效的作用。     

植物DNA条形码技术

DNA条形码技术是利用标准的、具有足够变异的、易扩增且相对较短的DNA片段在物种内的特异性和种间的多样性而创建的一种新的生物身份识别系统, 从而实现对物种的快速自动鉴定。尽管这一技术在理论上和具体应用上仍存在很多争论, 但DNA条形码概念自2003年由加拿大分类学家Paul Hebert首次提出后就在世界范围内受到了广泛关注。在植物类群中条形码的研究和应用尚处于探索阶段, 稍落后于对动物类群的研究, 这主要表现在: (1) DNA条形码的选择及其评价仍没有统一的标准; (2) 对类群较全面的形态分类学修订和植物DNA条形码研究的结合十分缺乏; (3) 以往研究在取样上尺度较大, 而对具体类群的研究较少, 一个科或一个属只用有限的种类作为代表, 同一种内的取样个体数量也不足, 这样虽然表面上看来利用选定的DNA条形码可以较容易地把代表物种区分开, 但实际上目前建议的植物DNA条形码(例如由生命条形码咨询委员会植物工作组最近提出的rbcL和matK)由于其分子进化速率较慢, 在种级水平上, 特别是对于那些经历了适应辐射或快速进化的属来说, 分辨率较低。而DNA条形码的应用主要集中在属内物种水平的鉴别, 因此只有针对具体类群进行探索研究, 发现进化速率较快、分辨率高且通用性好的条形码, 才可能为建立完整的条形码数据库起到积极有效的作用。     

中国蜘蛛抱蛋属植物DNA条形码研究

利用植物DNA条形码候选序列mat K、psb A-trn H、psb K-psb I和rbc L对蜘蛛抱蛋属(Aspidistra)植物的19种104批样品进行扩增和测序,并采用相似性搜索算法(BLAST)对各序列的鉴定效率进行评价,得出蜘蛛抱蛋属物种鉴定的最佳序列。结果显示,psb K-psb I的物种鉴定成功率为88.7%,在单一序列中成功率最高。通过多序列组合鉴定效率的比较,发现组合序列的鉴定成功率明显高于单一序列,其中mat K+(psb K-psb I)组合的鉴定成功率高达100%,基于该序列组合构建蜘蛛抱蛋属植物的系统发育树,结果显示同一物种的样品聚集度较好,多表现为单系。研究结果表明mat K+(psb K-psb I)序列组合可作为蜘蛛抱蛋植物种鉴定的最佳条形码序列。     

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     

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。     

植物耐盐研究进展

综述了盐胁迫对植物的损伤和其中的各种生理生化过程,以及植物在抵抗盐胁迫过程中的耐盐机理。新的研究成果表明,植物自身的miRNA可能在植物抗逆境过程中起到了重要作用,甲基化过程参与了抗逆境相关的甜菜碱等小分子有机物质的合成。     

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     

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。     

转基因耐盐植物研究进展

干旱、盐渍是造成农作物产量降低的一个重要因素,从近年来国内外学者开展的抗盐性相关基因克隆及转耐盐性基因植物研究方面进行简单的综述,并对其应用前景进行展望。     

耐盐转基因植物研究进展

高盐是限制作物生长、发育和产量的最严重的非生物胁迫之一。长期以来,改善作物的耐盐性一直是一个伟大的目标。然而,由于耐盐反应是一个极为复杂的过程,过去,通过传统的育种和遗传工程取得的成功有限。近十年来,由于分子生物学的发展,发现了一些与耐盐相关的新基因,对于这些基因的表达方式及其在耐盐反应中的作用已逐步得到了解,这为转基因工程提供了新的材料。通过控制耐盐相关基因在植物体内的表达,已获得了一些提高耐盐性的转基因植物,展示了诱人的前景,但该领域研究仍然存在许多困难和问题,文章重点讨论耐盐转基因植物的进展。     

使植物如何耐盐

含盐土壤是作物种植者的一个主要难题,任何能在这样的毒性环境下成活的植物必将大规模增产。加利福尼亚大学(San Diego)的Francisco Rubio、Walter Gassmann和Julian I.Schoeder使小麦蛋白基因发生耐盐突变,可最后导致作物发生遗传变异以抵御含盐土壤。     

植物耐盐基因工程研究进展

盐害是影响植物生长和作物产量的主要因素之一。用于提高植物耐盐性的基因工程方法很多,最常见的就是在植物中过量表达抗盐相关的功能基因,包括植物信号传导蛋白基因、植物离子通道蛋白基因和合成小分子渗透剂的酶基因等。归纳了近年来植物耐盐基因工程的研究进展,并展望了植物耐盐基因工程的研究前景。     

不同耐盐植物根际土壤盐分的动态变化

以甘肃秦王川引大灌区盐渍化土壤为研究背景,用盆栽根袋法对4种耐盐植物根际和非根际土壤pH和盐分离子的动态变化进行了分析比较。结果表明:4种待测植物随着培养时间的延长土壤pH和EC值呈降低趋势。新疆大叶(Medicago Sativa L.cv.Xinjiangdaye)、向日葵(Helianthus annuus)和霸王(Zygophyllum xanthoxylum)生长90 d后根际土壤pH明显低于非根际,而裸麦(Hordeum vulgare var. vulgare)根际较非根际pH差异不大。霸王和新疆大叶根际土壤EC值较非根际高,而裸麦和向日葵的根际与非根际差异不大。4种供试植物根际K⁺均出现亏缺,Ca²⁺、Na⁺、Mg²⁺、SO^2-₄和Cl^-在新疆大叶、霸王和向日葵3种植物根际均出现富集,对于裸麦:Ca²⁺、Mg²⁺和SO^2-₄ 3种离子在植物根际富集,而Cl^-和Na⁺在根际亏缺。随着待测植物培养时间的增加Na⁺/K⁺、Na⁺/Ca²⁺和Na⁺/Mg²⁺ 这3个比值呈降低趋势,说明Na⁺相对于K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺的含量降低,生物措施对Na⁺的移除效果较显著。     

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     

利用DNA条形码技术识别植物物种

DNA条形码技术能够快速、准确地识别物种,对于开展基础性的分类学研究和应用性的生物多样性研究极为重要.本文对鼎湖山20 hm²大样地183个植物物种进行DNA条形码测序.结果表明： 单个条形码片段时, psbA-trnH的综合成功率最高(75%),其次是matK(70%)和rbcL(56%);片段组合时,matK+rbcL+psbA-trnH三片段组合的物种水平识别率在87%以上,随后是matK+psbA-trnH(85%)、rbcL+psbA-trnH(83%)和matK+rbcL(81%).综合了亚热带波多黎各的LFDP样地(143个种)和热带巴拿马的BCI样地(296个种)以及圭亚那的Nouragues样地(254个种)3个森林类型的研究结果,评价DNA条形码各片段在4个森林样地的通用性.在热带和亚热带地区的森林样地中,各片段测序成功率分别为rbcL(93%,95.1%)、psbA-trnH(91.5%,94.6%)和matK(68.5%,79.7%).在植物类群水平上,核心条形码片段matK+rbcL组合的物种准确识别率不高,只在局部群落中表现较为理想;而三位点DNA条形码片段组合在热带和亚热带森林样地中综合成功率可达84%和90%.     

植物耐盐蛋白的研究

植物耐盐蛋白的研究邵宏波,初立业（四平师范学院生物工程研究所,吉林四平１３６０００）关键词植物耐盐蛋白迄今为止,世界上还没有真正育成一种耐盐的作物品种。究其原因,就是不了解植物耐盐的分子生物学基础。近年来,有关植物在盐胁迫条件下基因表达变化的研究引起...     

植物耐盐的生理基础

引言盐土含有过高浓度的可溶性盐,它们会降低大多数农作物的生长和收成。数十年来,意见对立的学派一直在争论着,生长的抑制主要是由渗透效应造成的呢,还是由于专一的离子效应所引起的。因为难于区分溶液中的盐类和未溶解的盐类,以及未能考虑不同土壤中的不同持水量,有关专一离子效     

植物耐盐的分子生物学基础

植物分子水平的耐盐研究是近年的研究热点,通过综述与耐盐有关的几种重要分子的性质和作用,总结了几种与植物耐盐有关的基因以及它们在盐分胁迫下的表达和调控。     

植物DNA条形码技术的发展及应用

在对DNA条形码技术的发展过程进行归纳分析的基础上,对植物DNA条形码技术的研究进展、工作流程及分析方法、影响其鉴定准确性的因素及其在植物分类学研究中的应用现状及存在的争议进行了综合分析和阐述,并展望了植物DNA条形码技术的发展趋势及应用前景。通过具体实例说明将植物DNA条形码技术与传统植物学知识相结合可作为民族植物学的研究手段之一。认为:目前常用的植物DNA条形码主要有单一片段和多片段组合2种方式,这2种方式各有优缺点;常用的DNA序列有matK、trnH-psbA、rbcL和ITS等,但均有一定的局限性;针对不同的使用目的,应选择不同的植物DNA条形码标准;影响植物DNA条形码鉴定准确性的因素包括物种的类型和数量、系统树构建方法、杂交/基因渗入、物种起源时间的差异、分子进化速率差异等;当前植物DNA条形码研究工作的重点是选择合适的DNA片段并对其进行评价。