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。这一技术在植物类群中条形码的研究和应用尚处于探索阶段。

植物学报 Chinese Bulletin of Botany 2010, 45 (1): 1–12, www.51wendang.com doi: 10.3969/j.issn.1674-3466.2010.01.001

·特邀综述·

植物DNA条形码技术

任保青, 陈之端*

中国科学院植物研究所系统与进化植物学国家重点实验室, 北京 100093

摘要 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。 关键词 ITS, matK, 形态分类学, 植物DNA条形码, rbcL, trnH-psbA 任保青, 陈之端 (2010). 植物DNA条形码技术. 植物学报 45, 1–12.

分类学的主要任务包括描述和鉴定物种, 提供简洁、方便的信息检索系统(Davis and Heywood, 1963)。自双名法确立以来的250多年里, 人类共鉴定和描述了约170万种生物(Hawksworth, 1995), 但这仅仅占到分类学家预计物种数量的15%(Gregory, 2005)。以往的分类学研究方法主要侧重于比较形态学方面, 研究较为深入的大类群仅包括脊椎动物、昆虫及高等植物, 而对微小生物(体长不足1–10 mm的类群, 如细菌、线虫和螨虫等)的研究较少。因此, 对地球上如此众多的物种进行分类和鉴定仍然是一项长期而艰巨的任务(Blaxter, 2003; Tautz et al., 2003)。

最近30年, 分子系统学发展迅速, 利用DNA数据探讨植物的系统发育已经成为研究者普遍接受和采用的手段。其间, 虽然也有不少学者试图将分子生物学和生物信息学技术应用到分类学领域, 并产生了分子分类学和DNA分类学(DNA taxonomy)等概念(Tautz et al., 2002, 2003)。然而直到几年前, Hebert

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等(2003)将分子方法拓展到整个生物分类应用当中, 才首次正式提出了DNA条形码的概念。一些学者认为 DNA条形码未来会将传统分类学取而代之(Wheeler, 2004; Ebach and Holdrege, 2005), 但多数学者认为它将会弥补传统分类学方法的不足(Godfray, 2002; Mallet and Willmott, 2003; Hebert and Gregory, 2005; Schindel and Miller, 2005), 是对日渐萎缩的传统形态分类学强有力的补充, 其实质是作为一种新的性状来构建分类系统, 实现序列本身变异信息与现有形态分类学的结合(DeSalle et al., 2005; Kristian-sen et al., 2005; Will et al., 2005; Haase et al., 2007; Hajibabaei et al., 2007; Vogler and Mona-ghan, 2007), 加快对全球生物物种进行分类和鉴定的步伐(Smith et al., 2005)。其能够在分类学修订、新种和隐存种的发现以及资源利用等生物多样性研究方面提供新的思路和研究工具(Dayrat, 2005; Fitzhugh, 2006; Agnarsson and Kuntner, 2007), 同时将分类学结果应用于生态学调查、濒危物种监测和

收稿日期: 2010-01-12; 接受日期: 2010-01-19

基金项目: 中国科学院知识创新工程重要方向性项目(No.KSCX2-YW-R-136)、中国科学院依托国家大科学装置-种质资源库的植物DNA条形码研究项目(No.2009-LSF-GBOWS-01)和科技部973项目“中国-喜马拉雅地区生物多样性演变和保护研究”(No.2007CB411600) * 通讯作者。E-mail: zhiduan@ibcas.ac.cn