DNA条形码技术是通过DNA序列对物种进行快速、准确识别的技术。该技术为研究物种的进化 规律 、遗传变异、系统发育以及生物多样性等提供理论依据。由于该技术具有利用生物种群中的某些遗传保守性很强的DNA片段进行物种鉴定和亲缘关系的定位,了解其分支来源,甚至可以预知其进化方向等,使其成为近年来生物分类学家关注的热点。
1、工作流程
DNA条形码技术所应用的分子生物学技术并不复杂,主要工作流程包括样品采集、DNA提取、设计和合成通用引物、选引物,优化反应条件进行PCR扩增、PCR产物的纯化、序列测定和分析。简单来说,即通过对一组来自不同生物个体的短的同源DNA序列(约800 bp )进行PCR扩增和测序,随后对测得的序列进行多重序列比对和聚类分析,从而将某个体精确定位到某个分类群中。
序列数据分析是DNA条形码探索的最重要环节,首先进行序列比对和人工校正,通过MEGA 或PAUP 计算 种内和种间的K2P距离,用于表示不同分类阶元之间的序列变异程度,比较种、属和科 3 个水平上的序列差异, 然后根据计算结果建立NJ 树(neighbourjoining tree),最后依据DNA条形码遗传距离就能对未知标本进行分类和鉴定。
2技术特点
(1)不受发育阶段的影响。同种生物的DNA序列信息在不同的生命周期是相同的,所以该技术检测对象可以是生物生命过程中的每一时期。
(2)不受个体形态特征的影响。对于被子植物来说,根据缺少花果的标本,很难正确鉴定。应用DNA条形码技术分类即使当样本受损也不会影响识别结果,而且还能准确地辨别形态相似性很高的物种。
(3)不受物种的限制。一个标准DNA条形码数据库一但建立,可使各种物种的鉴定成为可能,不限于濒危物种、土著物种或入侵种等。
(4)可以鉴定出许多群体中普遍存在的隐存分类单元。
(5)获取信息量大。可通过建立DNA条形码数据库,一次快速鉴定大量样本。
(6)精确性高。DNA条形码技术利用碱基ACTG组成的序列使物种鉴别数字化。这种技术相对于表形标记鉴定方法,具有更加准确、可靠、客观的特点。
(7)操作方法简便并且高效容易掌握。不要求具备很精准的生物专业技术,便于交叉学科的研究者能很好运用该技术,从而加快生物分类的进程。
3、 DNA条形码的应用
(1) 鉴定物种的范围扩大
目前,DNA条形码已广泛用于各物种的鉴定与分类。陈念等也研究了DNA条形码技术在真菌分类中的应用。研究者们在动物分类和鉴定中的研究也证实了DNA条形码技术的可行性与有效性,潘程莹等研究了斑腿蝗科(Catantopidae)7种蝗虫线粒体COⅠ基因作为DNA条形码来识别蝗虫物种方面的可行性,结果表明,斑腿蝗科3属7种的DNA分类和形态学分类基本一致。
(2) 隐存分类单元的发现
物种的数目很难确定,原因之一就是我们无法确定大自然还有多少个隐存种。隐存种不是新物种,是指在传统分类法中,没有被划分出来,被归属为同一个物种的不同物种。DNA条形码技术的出现,成为发现那些形态相似但存在遗传分化的隐种的有效途径。如巨藻、马达加斯加蚂蚁、澳大利亚鱼等新种就是在利用DNA条形码技术对物种的鉴定过程中发现的。
(3) 系统发育关系的探讨
分子系统发育分析是指在分子水平研究物种之间的进化关系,它直接利用从核酸序列或蛋白质分子提取的信息,作为物种的特征,通过比较生物分子序列之间的关系,构建系统发育树,进而阐明各个物种之间的进化关系。建立条形码数据库时,可参照名为生命条形码系统( barcode of life data system,BOLD,http:// www.barcodinglife.org ),该数据库目前已经收录46多万条记录,涵盖了动物界46 000多个物种,并且该数据库在不断扩大。
4、展望
DNA条形码技术被证明是一个行之有效的生物鉴定手段,不仅可以作为传统物种鉴定的强有力补充,更由于它采用数字化形式,使样本鉴定过程能够实现自动化和标准化,它为生态环境建设、生物多样性保护提供全面准确和快速便捷的物种信息服务,突破了传统鉴定方法对经验的过度依赖。有理由相信,DNA条形码技术与其他分类学方法结合使用,能够帮助鉴定物种以及加快发现新种类的速度。