DNA条形码(DNAbarcoding)是国际上近年来快速发展的有关物种鉴定的新技术,此概念最早由加拿大学者PaulHebert等[1]于年提出,即用标准化的、较短的DNA序列作为条形码,以实现对物种进行快速、准确地鉴定。随后,科学家们逐渐在不同生物类群的研究中确立了不同的标准DNA条形码,例如线粒体细胞色素C氧化酶亚基I(cytochromeCoxidasesubunit1,COI)用于动物,特别适用于昆虫、鱼类和鸟类的鉴定[1-6];matK、rbcL、trnH-psbA、ITS/ITS2及其不同组合作为标准条形码用于植物鉴定[7];核糖体16SRNA用于细菌鉴定[8-9];ITS用于真菌鉴定[10-12]。利用DNA条形码进行物种鉴定有显著的优势:(1)不受个体形态特征及发育阶段的影响,从基因水平上提供一种可靠的分类依据;(2)可提供信息明确的数字化数据库,弥补形态描述的不足,提高物种的鉴别速度,同时便于发现新物种;(3)可以在较短时间建立应用系统,操作流程简单、规范,可减少对经验的过度依赖。
经过14年的发展,DNA条形码已成为生物学研究领域发展最迅速的方向之一,极大地增强了人类探索、认识物种以及监测和利用生物多样性资源的能力,推动了生物分类学的发展,也为生态学和进化生物学的发展注入了新的活力。随着该技术及其标准数据库的发展和完善,DNA条形码已成功应用于海关、法医、动植物检验检疫、食品、药品及化妆品检测等多个领域。本文将重点阐述植物DNA条形码的发展趋势,超级条形码在近缘物种鉴定领域的应用前景,以及DNA条形码技术在中药基原物种鉴定、道地药材鉴别以及中药溯源系统中的应用,并强调植物DNA条形码技术在中药资源评价、保护和可持续利用中的重要地位和作用。
1植物DNA条形码研究进展
1.1标准植物DNA条形码的筛选
由于植物的核苷酸进化速率低于动物,且植物存在更多的杂交和多倍化等复杂的进化事件,因此,植物中没有哪一个单独片段像动物COI一样,能够成为高效和通用条形码。植物DNA条形码研究经历了大量叶绿体片段、核基因ITS,以及多种片段组合的筛选验证。常用植物DNA条形码单序列或组合序列的评价已有较全面的综述[13-15]。
目前标准植物DNA条形码筛选工作已经告一段落,其发展过程主要经历了以下几个大的事件:(1)年8月,生物条形码联盟(ConsortiumfortheBarcodeofLife,CBOL)植物工作组在国际权威杂志上发表文章,对7个叶绿体片段(rbcL、matK、rpoC1、rpoB、trnH-psbA、atpF-atpH和psbK-psbI)进行了检验,标准是(a)通用性,包括扩增效率、测序成功率和序列质量;(b)对物种的分辨率。最终推荐matK+rbcL作为陆生植物的核心DNA条形码[16]。(2)年11月,在墨西哥城举办的第3次国际条形码会议中提出:作为对核心条形码matK+rbcL的补充,应该继续对叶绿体基因组和核基因组中的候选序列(如trnH-psbA和ITS/ITS2)进行评估。(3)年,生物条形码中国植物工作组(ChinaPlantBOLGroup)评估了matK+rbcL、trnH-psbA和ITS在鉴定个种子植物样本(代表了42个目,75个科,个属,个物种)时的通用性和有效性。根据其分析结果,ITS/ITS2被建议纳入种子植物的核心条形码[17],并得到了国际同行的认可[18]。近年来,通过在大量群落或样地中筛选,rbcL+ITS2也表现出了很好的使用效果[19]。总之,目前标准植物DNA条形码确定为叶绿体片段matK、rbcL、trnH-psbA,以及核糖体基因及其转录间隔区ITS/ITS2[7]。总体而言,标准植物DNA条形码对于分属(属以上水平的鉴定)效果很好,改进了现有植物分类的大框架,但对于属内物种水平的鉴定,尤其是大属内(多经历了快速辐射演化)近缘种间的分辨率依然有限[7,13]。
1.2植物DNA条形码标准数据库建设情况
DNA条形码技术要实现大批量快速、准确地鉴定物种,除了要确立标准通用的DNA条形码,同时还要构建以此为基础的标准数据库。年,国际生命条形码计划(InternationalBarcodeofLife,iBOL,知名权威白癜风专家北京哪些白癜风医院好