DNA条形码研究进展

DNA条形码是应用有足够变异的标准化短基因片段对物种进行快速、准确鉴定的新的生物身份识别系统.2003年,加拿大Guelph大学Hebert等首次正式提出了DNA条形码概念,2004年成立了生物条形码联盟,目前有来自50个国家的两百多个组织成为其成员,2007年5月加拿大Guelph大学组建了世界上第一个DNA barcoding鉴定中心,2009年1月正式启动"国际生命条形码计划",中国科学院代表中国与加拿大、美国和欧盟共同为iBOL 4个中心节点.线粒体细胞色素C氧化酶基因COⅠ具有引物通用性高和进化速率快等优点,是理想的动物DNA条形码,不过,COⅠ在植物中应用效果较差,因此,核糖体ITS序列和质体rbcL、matK和trnH-psbA等序列也相继被引入植物的DNA条形码研究.虽然DNA条形码研究还处于起步阶段,面临巨大挑战,但是,越来越多的研究表明DNA条形码可以广泛应用于生物的分类和鉴定,是一种简便、高效、准确的物种鉴定技术,已经在动物、植物和微生物等研究中取得了显著成果,是生命科学领域发展最快的学科前沿之一.本文从DNA条形码的开发、应用、国内相关文献研究现状、DNA条形码面临的挑战以及发展前景等进行了综合分析,以期推动我国DNA条形码和分类学研究的发展.     

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。     

藻类DNA条形码研究进展

DNA barcode,又称为DNA条形码,是指利用短的标准DNA序列的核苷酸多样性进行物种的鉴定和快速识别.目前该方法在动物分类研究中应用广泛,其中线粒体的细胞色素c氧化酶亚基1(cytochrome c oxidase subunit 1,COI或cox 1)基因中的约700bp长度的一段被用来作为标准DNA片段.在陆地植物条形码研究中,生命-植物条形码联盟会(Consortium for the Barcode of Life-Plant Working Group,CBOL-Plant Working Group)近期推荐将植物叶绿体中的两个基因片段rbcL+ matK作为初步的陆生植物条形码,此组合能在70％的程度上进行植物物种的鉴别.在海藻的分类研究中,DNA条形码的应用较少,已有的研究主要集中在硅藻、红藻和褐藻,尚没有学者明确提出适合藻类的DNA条形码.总结了能够作为藻类DNA条形码的序列特点、应用流程及分析方法,综述了DNA条形码在藻类中的研究现状和存在的问题,展望了藻类DNA条形码的应用前景.     

DNA条形码技术的研究进展及其应用

DNA条形码技术(DNA Barcod ing)是通过对一个标准目的基因的DNA序列进行分析从而进行物种鉴定的技术。这个概念的原理与零售业中对商品进行辨认的商品条形码是一样的。简单地说,DNA条形码技术的关键就是对一个或一些相关基因进行大范围的扫描,进而来鉴定某个未知的物种或者发现新种[1—3]。自从提出DNA条形码的概念以来,这种新兴分类学技术已经引起了越来越多的生物学家的关注。DNA条形码技术是分类学中辅助物种鉴定的新技术,它代表了生物分类学研究的一个新方向[4],因此它在生态、环境、食品等诸多领域都将会有广泛的应用[5]。本文概括综述了DNA条形码技术的发展历史、原理与操作,分析了其在生物分类中的应用及应用上的优势与限制,对DNA条形码技术在鱼类学研究的意义与可行性进行了探讨。1 DNA条形码技术的发展历史2003年,Herbert研究发现利用线粒体细胞色素C氧化酶亚基Ⅰ(M itochondrial cytochrom ecoxidase subun itⅠ,COⅠ)基因一段长度为648bp的片段,能够在DNA水平上成功的区分物种,并且认为利用COⅠ基因从分子演化的角度,将提供一种快速、简便、可信的分...     

动物DNA条形码之分析方法研究进展

DNA条形码是一段可用于物种鉴定的DNA序列。本文综述了近年来多种基于DNA条形码的分析方法及其在物种鉴定和隐存种发现中的应用,主要包括遗传距离法、进化树法、相似性比对法、诊断法和统计分类法等,旨在为这一技术的广泛应用提供参考。     

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。     

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     

我国云南食用牛肝菌的DNA条形码研究

iFlora是结合传统分类学与DNA测序和信息技术,通过系列关键技术进行集成,构建便捷、准确识别物种和掌握相关数字化信息的新一代智能植物志。iFlora研发中首要和迫切的任务之一就是寻找适合于大多数植物和经济蘑菇的标准DNA条形码序列。为筛选适合大型经济蘑菇的DNA条形码,本研究以云南食用牛肝菌为例,选取野生食用菌市场上常见的、被当地人认为的4“种”牛肝菌为研究对象,利用核糖体大亚基（nrLSU）、翻译延长因子1-α（tefl-α）、RNA聚合酶II大亚基（rpbl）和RNA聚合酶II的第二个大亚基（rpb2）四个DNA序列,使用真核生物通用引物进行扩增、测序和测试。研究发现这4“种”样品实际上代表了12个独立的物种,进一步研究表明4个候选片段的扩增和测序成功率均为100％,且不存在种问和种内变异的重叠。4个片段的物种分辨率均较高,但与nrLSU相比,rpbl、tefl-α和rpb2具有更为明显的条形码间隔。鉴于rpbl比tefl-α和rpb2具有更高的种间变异和较低的种内变异,建议将rpbl作为牛肝菌属的核心条形码,tefl-α和rpb2可作为该属的辅助条形码。     

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。     

DNA条形码在膜翅目昆虫中的应用分析

DNA条形码的提出,实现了分类学的一次质的飞跃,简便、快捷以及精确的优点使其被广泛应用在物种的分类工作中。膜翅目为昆虫纲的第3大目,其物种具有高度的多样性,种类鉴定工作复杂艰巨。DNA条形码在膜翅目中得到广泛应用。本文针对DNA条形码在膜翅目昆虫的物种分类鉴定、物种发现和隐存种、食物网与生物多样性等方面研究情况予以综述。     

降香黄檀的DNA条形码鉴定研究

DNA条形码技术是利用基因组中一段短的标准序列进行物种的鉴定并探索其亲缘进化关系。本研究对采自海南不同地区降香黄檀五个居群24份样品的psbA-trnH,rbcL,核ITS及ITS2序列进行PCR扩增和测序,比较各序列扩增和测序效率。种间和种内变异,采用BLAST1和邻接 (NJ) 法构建系统聚类树方法评价不同序列的鉴定能力。结果表明ITS2在所研究的材料中具有最高的扩增和测序效率,而ITS扩增效率较低。ITS2完整序列在区分黄檀属不同种间差异具有较大优势。因此可利用ITS2从分子水平区分降香黄檀与其他混伪种。     

DNA barcoding of flowering plants in Sumatra,Indonesia

The rapid conversion of Southeast Asian lowland rainforests into monocultures calls for the development of rapid methods for species identification to support ecological research and sustainable land‐use management. Here, we investigated the utilization of DNA barcodes for identifying flowering plants from Sumatra, Indonesia. A total of 1,207 matK barcodes (441 species) and 2,376 rbcL barcodes (750 species) were successfully generated. The barcode effectiveness is assessed using four approaches: (a) comparison between morphological and molecular identification results, (b) best‐close match analysis with TaxonDNA, (c) barcoding gap analysis, and (d) formation of monophyletic groups. Results show that rbcL has a much higher level of sequence recoverability than matK (95% and 66%). The comparison between morphological and molecular identifications revealed that matK and rbcL worked best assigning a plant specimen to the genus level. Estimates of identification success using best‐close match analysis showed that >70% of the investigated species were correctly identified when using single barcode. The use of two‐loci barcodes was able to increase the identification success up to 80%. The barcoding gap analysis revealed that neither matK nor rbcL succeeded to create a clear gap between the intraspecific and interspecific divergences. However, these two barcodes were able to discriminate at least 70% of the species from each other. Fifteen genera and twenty‐one species were found to be nonmonophyletic with both markers. The two‐loci barcodes were sufficient to reconstruct evolutionary relationships among the plant taxa in the study area that are congruent with the broadly accepted APG III phylogeny.     

植物DNA条形码研究领域文献计量学及可视化分析

为全面了解植物DNA条形码研究领域的发展和最新动态,探讨中国DNA条形码发展的状态和前景,该文利用Web of Science数据库对该研究领域进行文献计量学统计,并对引用频次、研究热点和研究前沿进行了可视化分析。结果表明:(1)中国、美国、加拿大学者在该领域文献贡献率最大,中国研究机构发文量领先,但美国、加拿大科研机构论文质量较高,影响力较大。(2) 2009年是该领域研究的高峰期,该研究领域的前沿和研究热点主要集中在物种的识别和生物多样性应用、DNA条形码候选序列筛选和鉴定技术的规范化。(3)中国学者在植物DNA条形码领域研究具有领军作用和很高的影响力,国家提倡中药产业的发展也推动了我国DNA条形码蓬勃发展,但论文的质量和影响力与美国、英国、加拿大等发达国家研究还有一定差距,应加大与发达国家科研机构合作,提高研究能力,DNA条形码技术在植物的鉴定、分类和生物多样性的保护起到非常重要的作用。这表明建立一个更全面、通用的全球植物DNA条码库以及开发新的标记并采用新的测序技术是植物DNA条形码研究的未来前景。     

DNA条形码在植物系统发育区系学研究中的应用

<正>达尔文1845年在给虎克的一封信中指出:"地理分布这个伟大的主题几乎是生命规律之基石"(Good,1953)。探索生物的地理分布格局及其成因是进化生物学家持续不断的追求之一。植物区系的形成是植物在一定的自然历史环境中发展演化和时空分布的综合反映(吴征镒等,2010)。除了现代气候条件的影响外,历史过程中可能发生的隔离、分化、扩散和灭绝等进化事件对现代生物地理格局的形     

DNA条形码在入侵植物鉴定中的应用进展

生物入侵对世界经济、环境造成了巨大的影响,已经成为世界关注的焦点。传统的海关检验方法存在鉴定缓慢、准确率低、鉴定专家稀缺等问题,因此急需一种鉴定率高、操作简单和快速的方法对入侵植物的繁殖体进行精确的鉴别。DNA条形码是一种基于DNA序列差异进行物种鉴定的技术,鉴定结果只受样品组织内DNA保存状况影响,不受形态学性状保存状态影响,只需掌握简单分子生物学技术的工作人员即可实现对未知样品的鉴定,在入侵植物检疫鉴定中有很大的应用潜力。根据入侵植物进化快、变异多的特点,可优先考虑种间、种内差异度高的ITS基因作为核心条形码,再以mat K和rbc L基因为辅助条形码。本文分析了植物DNA条形码技术及其衍生出的超级DNA条形码和metabarcoding技术在入侵植物鉴定中的应用潜力,提出构建入侵植物DNA条形码参考数据库与智能植物志(i Flora)相结合,为利用DNA条形码技术对入侵植物进行快速鉴定和相关研究提供参考。     

DNA barcoding of invasive plants in China: A resource for identifying invasive plants

Invasive plants have aroused attention globally for causing ecological damage and having a negative impact on the economy and human health. However, it can be extremely challenging to rapidly and accurately identify invasive plants based on morphology because they are an assemblage of many different families and many plant materials lack sufficient diagnostic characteristics during border inspections. It is therefore urgent to evaluate candidate loci and build a reliable genetic library to prevent invasive plants from entering China. In this study, five common single markers (ITS, ITS2, matK, rbcL and trnH‐psbA) were evaluated using 634 species (including 469 invasive plant species in China, 10 new records to China, 16 potentially invasive plant species around the world but not introduced into China yet and 139 plant species native to China) based on three different methods. Our results indicated that ITS2 displayed largest intra‐ and interspecific divergence (1.72% and 91.46%). Based on NJ tree method, ITS2, ITS, matK, rbcL and trnH‐psbA provided 76.84%, 76.5%, 63.21%, 52.86% and 50.68% discrimination rates, respectively. The combination of ITS + matK performed best and provided 91.03% discriminatory power, followed by ITS2 + matK (85.78%). For identifying unknown individuals, ITS + matK had 100% correct identification rate based on our database, followed by ITS/ITS2 (both 93.33%) and ITS2 + matK (91.67%). Thus, we propose ITS/ITS2 + matK as the most suitable barcode for invasive plants in China. This study also demonstrated that DNA barcoding is an efficient tool for identifying invasive species.     

DNA barcoding is a new approach in comparative genomics of plants

DNA barcoding was proposed as a method for recognition and identification of eukaryotic species through comparison of sequences of a standard short DNA fragment—DNA barcode—from an unknown specimen to a library of reference sequences from known species. This allows identifying an organism at any stage of development from a very small tissue sample, fresh or conserved many years ago. Molecular identification of plant samples can be used in various scientific and applied fields. It would also help to find new species, which is particularly important for cryptogamic plants. An optimal DNA barcode region is a small fragment presented in all species of a major taxonomic group, having invariable nucleotide sequence in all members of the same species, but with sufficient variation to discriminate among the species. This fragment should be flanked by low-variable regions for use of universal primers in PCR for amplification and sequencing. The DNA barcode that is well established in animals is a sequence of a fragment of the mitochondrial cytochrome c oxidase gene CO1. However, searching for DNA barcode in plants proved to be a more challenging task. No DNA region universally suitable for all plants and meeting all of the necessary criteria has been found. Apparently, a multilocus or two-stage approach should be applied for this purpose. Several fragments of the chloroplast genome (trnH-psbA, matK, rpoC, rpoB, rbcL) in combinations of two or three regions were suggested as candidate regions with highest potential, but more representative samples should be examined to choose the best candidate. The possibility is discussed to use as DNA barcode internal transcribed spacers (ITS) of nuclear rRNA genes, which are highly variable, widely employed in molecular phylogenetic studies at the species level, but also have some limitations.     

DNA条形码与动植物分类学的研究

DNA条形码在动植物分类学中的研究最近几年非常火热。这项技术在国外研究的比较多,国内的许多方面的研究还没达到国际水平。我国的动植物种类比较繁多,地区差异也较大,怎样能将这些物种准确,快速的进行分类,是众多动植物学家一直在研究的难题。针对DNA条形码研究的现状和他在动植物学中应用以及它存在的争议来进一步认识DNA条形码。