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。     

云南边境地区果实蝇属种类DNA条形码鉴定

【目的】果实蝇属Bactrocera中有国际上重要的检疫性害虫, 基于形态的物种鉴定有一定的局限性。另一方面, 云南边境地区为东南亚地区实蝇入侵我国的重要通道。因此, 对该地区实蝇分子鉴定方法的研究对于该属物种的快速准确鉴定具有重要意义。本研究旨在探讨DNA条形码技术在果实蝇属物种鉴定中的有效性。【方法】使用线粒体基因COI和COII序列的通用引物对果实蝇属20个物种60份样品进行PCR扩增、测序和序列分析; 采取距离方法和建树方法评价2种序列的鉴别能力。【结果】COI和COII序列平均长度分别为682 bp和339 bp, 种内和种间遗传差异较大, 有较明显的遗传距离间隔（barcoding gap）, 鉴定成功率分别为91.2%和90.7%。另外, 分子系统树表明华实蝇亚属Sinodacus不是单系群。【结论】COI和COII序列均能够将绝大多数果实蝇属物种进行准确鉴别, 应用COI或COII序列进行果实蝇属物种鉴定具有一定的可行性。     

通用引物双重PCR在节肢动物物种鉴定中的应用

【目的】本研究旨在使用基于线粒体基因通用引物的双重PCR技术同时扩增单一样本中两条标记基因,从而达到简化节肢动物物种鉴定流程的目的。【方法】在一次PCR实验中同时加入可扩增线粒体COI基因和16S rDNA两个不同分子标记的引物,对3纲8目14科的14种节肢动物物种标本的基因组DNA进行扩增;扩增产物经电泳和胶回收后测序,并BLAST在线搜索相似序列,验证基于通用引物的双重PCR在不同的动物类群中用于物种鉴定的有效性。【结果】应用基于COI和16S rDNA的引物从分属于3纲8目14科的14种节肢动物基因组DNA中均可成功扩增目的基因;扩增产物测序结果进一步证实了扩增的准确性。【结论】通过本方法进行物种的分子鉴定,不仅可以保证物种鉴定的高准确率,还可以明显减少时间与DNA样本量的消耗,这对需要快速准确鉴定物种或珍稀的材料样本十分重要。     

中国蛛缘蝽科物种DNA条形码研究(英文)

【目的】本研究旨在探讨DNA条形码对中国蛛缘蝽科(半翅目：缘蝽总科)物种界定的适用性。【方法】对中国蛛缘蝽科13属23种207个样本的线粒体COI基因DNA条形码序列进行扩增,并扩增稻缘蝽属Leptocorisa 3个物种的31条内转录间隔区1(ITS-1)序列作为辅助标记。使用MEGA 11软件计算种间和种内遗传距离(Kimura 2-parameter, K2P);采用邻接法(neighbor-joining, NJ)进行物种聚类分析;利用中介邻接网络算法构建单倍型网络图。【结果】基于线粒体COI DNA条形码序列得出测试的中国蛛缘蝽科所有23个种的种内平均K2P距离在2%以下,种间K2P距离在0.98%~23.98%之间(平均17.50%)。多数物种彼此能够被较好地分开,且支持率较高。其中,中稻缘蝽Leptocorisa chinensis和大稻缘蝽L. oratoria共享部分COI单倍型,造成COI条形码无法区分二者,可通过ITS-1序列在单倍型网络分析中将二者区分。【结论】本研究得出的中国蛛缘蝽科中绝大部分物种的DNA条形码数据分析结果与基于形态特征的分类单元一致。然而,对于其中亲缘关系极近的物种,单靠线粒体数据尤其是COI条形码序列无法进行准确界定,需引入其他DNA序列或其他类型数据进行区分。     

断眼天牛DNA条码试剂盒的研制

【目的】为了加强对检疫口岸截获木材中的断眼天牛种类进行准确、快速的鉴定,克服单纯依赖于形态学方法为主的局限性,我们研发了断眼天牛属DNA条码试剂盒检测技术。【方法】本研究基于线粒体COⅠ基因(线粒体细胞色素氧化酶亚基Ⅰ),采用加拿大条码中心开发的昆虫及植物DNA提取方法,对基因序列分析,获得碱基位点规律。【结果】断眼天牛属中的9个常截获种类取得了标记性碱基位点。【结论】检疫中常截获的断眼天牛属中的9个种通过标记性碱基位点得到区分;研发了断眼天牛属DNA条码试剂盒检测技术,为进出境口岸的检疫工作提供一种新的鉴定手段。     

基于三个分子标记的粉毛蚜亚科DNA条形码

【目的】粉毛蚜亚科昆虫是重要的林业害虫,但是由于蚜虫体型较小,形态特征趋于简化,可用于物种鉴定的有效特征非常有限,因此一般基于外部形态特征难以对蚜虫物种实现快速准确的鉴定。本研究获取该亚科2属10种的DNA条形码标准序列,解决部分物种的分类问题,同时比较了3种标记对粉毛蚜亚科（Pterocommatinae）物种快速鉴定的效率。【方法】基于蚜虫的线粒体细胞色素氧化酶C亚基I（cytochrome oxidase subunit I, COI）基因、细胞色素b（cytochrome b, Cytb）基因和蚜虫初级内共生菌Buchnera 6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶（gluconate-6-phosphate dehydrogenase, gnd）基因,对2属10种共197号样品进行NJ分析、遗传距离的计算以及基于相似性的物种鉴定分析。【结果】与K-2P模型相比,基于p-distance模型计算得到的遗传距离更小,序列差异频次图上种内距离与种间距离的重叠区域也小于前者;COI序列的物种鉴定成功率最高。获取了粉毛蚜亚科近200条DNA条形码标准序列,并建立了基于3个标记的该亚科物种DNA条形码序列库。【结论】在粉毛蚜亚科DNA条形码研究中,p-distance模型要优于K-2P模型;COI序列具有最高的条形码分析效率;增毛卷粉毛蚜Plocamaphis assetacea可能为蜡卷粉毛蚜Plocamaphis flocculosa的同物异名。     

基于线粒体COⅠ基因的齿小蠹属昆虫DNA条形码研究

齿小蠹属（鞘翅目： 小蠹科）昆虫是植物检疫中经常截获的类群, 为探讨线粒体细胞色素C氧化酶亚基Ⅰ(COⅠ)基因的特定区段作为DNA条形码快速准确鉴定齿小蠹种类的可行性, 以齿小蠹属昆虫为研究对象, 测定分析了线粒体COⅠ基因462 bp碱基序列。序列分析结果显示： 变异位点为259个, 保守位点203个, 简约信息位点181个, 自裔位点78个。所有位点中, A, G, C和T碱基平均含量分别为30.7%, 16.5%, 17.0%和35.8%。A+T含量较高, 为66.5%, 明显高于G+C含量, 表现明显的A+T碱基偏嗜, 且A与T含量相当, 符合昆虫线粒体基因碱基组成的基本特征。转换与颠换结果显示： 该段序列未达到饱和, 可以得到准确的进化分析。利用Kimura 2-parameter模型分析遗传距离得到, 同物种间的遗传距离介于0.002~0.007之间, 不同种间的遗传距离介于0.056~0.431间, 平均遗传距离为0.199, 说明该段序列能够区分不同物种。基于COⅠ基因序列构建的邻接法系统发育树（NJ树）显示, 同一物种聚为同一小支, 且分支自展值均为100%; 近缘种能聚集在一起, 且置信度很高（≥97%）。结果表明应用基于COⅠ基因片段的DNA条形码进行齿小蠹属昆虫分类鉴定具有可行性。     

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。     

基于线粒体COI基因的青海省44种蚤类的分子鉴定及系统发育分析

【目的】本研究应用DNA条形码技术对青海省部分蚤种进行鉴定,旨在弥补蚤类传统形态分类方法的不足。【方法】通过PCR扩增3总科6科22属44种共182头蚤类标本的线粒体COI基因片段(约600 bp)并进行测序和比对;用K2P模型计算种内及种间遗传距离;以邻接法(neighborjoining,NJ)构建系统发育树。【结果】共测得182条COI基因序列片段(GenBank登录号:MG138154-MG138335);分析可知蚤种内遗传距离0.01%~2.90%,种间遗传距离4%~12%,种间遗传距离显著大于种内遗传距离。系统发育树显示,同一物种的不同个体均形成高支持率的单系,种间分支很明显。【结论】本研究结果表明COI基因可以用于蚤类的快速鉴定。     

基于通用引物的多重PCR对小圆胸小蠹的分子鉴定

本研究利用通用引物的多重PCR方法开展小圆胸小蠹Euwallacea fornicatus的分子鉴定,以期探究多重PCR在昆虫分子鉴定中的可行性,并为开展小圆胸小蠹的有效、准确鉴定及综合防治等提供重要依据。使用多重PCR方法扩增了小圆胸小蠹的COI、16S和28S的3个分子片段,并将获得的目的序列在GenBank中进行BLAST比对;利用MEGA 7计算方胸小蠹属不同种间的遗传距离,并基于邻接法和最大似然法分别构建单基因系统发育树。结果表明：多重PCR可以用于小圆胸小蠹分子序列的获取;基于COI和16S的遗传距离分析表明了小圆胸小蠹的种内遗传距离均小于2%;基于单个基因构建的系统发育树均显示本研究扩增的小圆胸小蠹COI和16S序列与GenBank中获取的小圆胸小蠹COI和16S序列聚为一支。多重PCR可以应用于小圆胸小蠹的分子鉴定,该方法不仅可以提高物种鉴定的准确率,还可以减少PCR过程中的时间和DNA消耗。     

基于mtDNA COI基因的离腹寡毛实蝇属常见种DNA条形码识别和系统发育分析

【目的】离腹寡毛实蝇属Bactrocera昆虫是最具经济重要性的实蝇类害虫,本研究依据mtDNA COI基因碱基序列对离腹寡毛实蝇属常见实蝇种类进行识别鉴定与系统发育分析。【方法】以口岸经常截获的离腹寡毛实蝇属8个亚属21种实蝇为对象,采用DNA条形码技术,通过对mtDNA COI基因片段 (约650 bp)的测序和比对,以MEGA软件的K2-P双参数模型计算种内及种间遗传距离,以邻接法(NJ) 构建系统发育树。【结果】聚类分析与形态学鉴定结果一致,除11种单一序列实蝇外,其他10种实蝇均各自形成一个单系,节点支持率为99%以上。种内（10种）遗传距离为0.0003~0.0068,平均为0.0043;种间（21种）遗传距离为0.0154~0.2395,平均为0.1540;种间遗传距离为种内遗传距离的35.8倍,而且种内、种间遗传距离没有重叠区域。【结论】基于mtDNA COI基因的DNA条形码技术可以用于离腹寡毛实蝇属昆虫的快速鉴定识别,该技术体系的建立对实蝇类害虫的检测监测具有重要意义。     

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。     

巨疖蝙蛾不同虫态的COI基因条形码识别

【目的】巨疖蝙蛾Endoclita davidi(Poujade,1886)是雪峰虫草菌Ophiocordyceps xuefengensis的重要寄主。本研究分析了该虫线粒体DNA COI基因条形码,以在不同虫态及被虫草菌寄生的僵虫状态下能快速准确鉴定寄主种类。【方法】PCR扩增巨疖蝙蛾成虫(足一对,胸肌,翅基部)、卵(单粒)、幼虫(胸足一对)、蛹(少量体壁组织)及虫草僵虫(胸足或体壁)组织共计21个样品的COI基因片段(约658 bp)并进行测序和比对;以MEGA6.0软件的K2-P双参数模型计算种内及种间遗传距离;以邻接法(neighbor-joining,NJ)和最大简约法(maximum parsimony,MP)两种方法构建系统发育树。【结果】聚类分析与形态学鉴定结果一致,所纳入分析的20个样品均为同一物种,节点支持率可达99%。种内遗传距离为0.00%~1.08%,平均0.54%。与蝙蝠蛾科其他6种昆虫种间遗传距离为5.36%~13.31%,平均10.47%;种间遗传距离为种内遗传距离的19.39倍(10.47%vs 0.54%),而且种内与种间遗传距离没有重叠区域。【结论】基于mtDNA COI基因DNA条形码技术可以用于巨疖蝙蛾的快速准确鉴定,并对蝙蝠蛾科(Hepialidae)昆虫的分子系统发育分析有重要意义。     

中国北方常见芫菁分子物种界定(鞘翅目: 芫菁科)

【目的】应用线粒体COI和核CAD基因片段探讨自动条形码间隔探索(automatic barcode gapdiscovery, ABGD)、广义混合Yule溯祖模型(generalized mixed Yule coalescent, GMYC)、贝叶斯泊松树进程(Bayesian Poisson tree processes, bPTP)和贝叶斯系统发育和系统地理分析(Bayesianphylogenetics and phylogeography, BPP) 4种分析方法在芫菁科(Meloidae)昆虫分子物种界定中的适用性。【方法】分别基于COI, CAD和COI+CAD串联序列数据集,应用ABGD, GMYC, bPTP和BPP 4种方法对中国北方芫菁科常见的6属(沟芫菁属Hycleus、斑芫菁属Mylabris、豆芫菁属Epicauta、绿芫菁属Lytta、星芫菁属Megatrachelus和短翅芫菁属Meloe)18个形态种进行分子物种界定,并与形态学鉴定结果进行比较。【结果】利用COI+CAD串联序列数据集所得物种界定结果与形态鉴定结果一致;COI数据集使用ABGD和GMYC方法的界定结果与形态鉴定结果一致,而bPTP划分的物种数较形态鉴定结果多;基于CAD序列在3种单基因物种界定方法的结果中,除GMYC与形态划分一致外,其余均显示部分结果与形态划分不同。【结论】在芫菁科分子物种界定中,多基因联合序列、多种界定方法分析所得结果优于单一基因片段和界定方法的分析结果。本研究的结果为芫菁科昆虫的分子物种界定和整合分类提供了数据支持和参考。     

DNA条形码技术对重大潜在入侵害虫大洋臀纹粉蚧的鉴定有效性研究

【目的】粉蚧是一类重要的世界性检疫性害虫,对果蔬产业以及水果的进出口贸易造成了巨大威胁。通常,口岸截获的粉蚧多为若虫或残体,加之隐存种的存在和较小的近缘种间差异,严重影响了基于形态学特征的粉蚧类害虫识别鉴定的准确性和及时性。本研究旨在明确DNA条形码技术对重大潜在入侵害虫大洋臀纹粉蚧Planococcus minor(Maskell)的鉴定有效性。【方法】以旅检截获的36头大洋臀纹粉蚧为对象、其近缘种柑橘臀纹粉蚧Pl.citri(Risso)为参照,以线粒体COI基因5'端和3'端序列以及核糖体28S r DNA D2-D3区段序列为分子标记进行比对分析,以K-2-P模型计算种内种间遗传距离,以最大似然法(maximum likelihood,ML)构建进化树并进行系统发育分析,同时利用Species Identifier物种识别软件评价3种基因片段对大洋臀纹粉蚧的鉴定效果。【结果】当分别以COI基因5'端和3'端序列为分子标记时,截获大洋臀纹粉蚧的碱基序列与NCBI中大洋臀纹粉蚧的序列一致性分别为100%和99%~100%,而与近缘种柑橘臀纹粉蚧COI基因5'端和3'端的核苷酸序列一致性分别为97%~98%和96%~98%;且大洋臀纹粉蚧和柑橘臀纹粉蚧分别存在5个和11个稳定的物种特异性识别位点;系统发育分析显示,截获的大洋臀纹粉蚧均与数据库中的大洋臀纹粉蚧聚为一支。当以28S r DNA D2-D3区段序列为分子标记时,臀纹粉蚧属各物种间高度保守,无法区分大洋臀纹粉蚧与其近缘种柑橘臀纹粉蚧;种间遗传距离仅为0.004。此外,物种识别软件评价结果显示,基于COI基因5'端和3'端序列的鉴定结果完全正确,而基于28S r DNA D2-D3区段序列的鉴定结果却存在45.2%~61.9%的模糊鉴定。【结论】基于COI基因5'端和3'端的DNA条形码技术完全可用于大洋臀纹粉蚧的快速准确鉴定及检测,对有效阻截其入侵和进一步扩散蔓延意义重大。     

支持向量机和邻接法在夜蛾科昆虫条码研究中的应用

【背景】鳞翅目夜蛾科昆虫种类繁多,目前已经超过3．5万种,绝大多数是农林生产的主要害虫。由于多数近缘属种形态相似,难以鉴定,给农林害虫的防治工作带了很大的困难。DNA条形码技术是一种快速、准确鉴定物种的方法。支持向量机作为一种新的机器学习方法,自1995年被提出以来已经在数据分类和高维模式识别等领域取得不错的效果。【方法】将北京妙峰山采集的58种夜蛾101个样品的COI序列分成3套数据集,分别通过邻接法和支持向量机对其进行验证。【结果】通过对DNA条形码物种鉴定结果的验证表明,邻接法优于支持向量机。但DNA条形码在鉴定夜蛾科的一些近缘种上,效果不佳,如棉铃虫和烟青虫。【结论与意义】DNA条形码作为一种新兴的物种鉴定方法,在分类学上具有很高的应用价值。通过邻接法和支持向量机的比较,虽然支持向量机的成功率低于邻接法,但是其在DNA条形码中的应用是对数据问询方式的一种探索。     

我国8种猛禽的DNA条形码技术研究

用DNA条形码通用引物扩增了我国8种猛禽(14只个体)的线粒体细胞色素c氧化酶亚基I(COI)基因,选取648 bp DNA条形码标准区域,结合99条猛禽条形码序列,探讨DNA条形码对猛禽的识别和鉴定.结果显示,75.6%的猛禽符合10×规则,且80.5%的猛禽均具有独特的DNA条形码可作为物种鉴定的依据,另有19.5%的猛禽(鵟属8种猛禽)由于种间差异太小,DNA条形码对它们的识别鉴定存在一定局限.     

基于基因组特异性SSR序列的实蝇PCR鉴定方法

【目的】实蝇科昆虫是全球范围内重要的检疫性害虫,其幼虫取食寄主果实,引起果实腐烂、变质,造成巨大经济损失。由于口岸截获多为实蝇卵、幼虫、蛹等非成虫虫态,需饲养至成虫才能根据形态准确鉴定,因此快速可靠的分子鉴定技术体系亟需完善。【方法】利用公开发表的实蝇基因组序列,通过生物信息学方法从4种检疫性实蝇即地中海实蝇Ceratitis capitata、瓜实蝇Bactrocera cucurbitae、橘小实蝇Bactrocera dorsalis、昆士兰实蝇Bactrocera tryoni中挖掘物种特异性的简单重复序列(Simple sequence repeats,SSR),针对各物种设计含有其特异性简单重复序列的引物,提取实蝇样品基因组DNA,采用常规PCR方法优化并筛选各物种特异性引物。【结果】在4种实蝇基因组中共发现20条物种特异性的SSR,基于这些序列设计的3对特异性引物能有效区分地中海实蝇、瓜实蝇和橘小实蝇,扩增片段大小分别为1 251、1 307、823 bp,而在其他物种中检测不到条带。【结论】基因组水平的序列分析发现了物种特异性的SSR,通过筛选获得物种特异性的PCR引物,可应用于3种实蝇的分子鉴定,为口岸检疫人员快速鉴定区分非成虫状态的实蝇提供了实用性技术。