基因组学与应用生物学 nomics and Applied Biology 种间遗传差异则降低,种内最大遗传距离和种间最代的担忧,然而,即便是最早提出条形码概念的 小遗传距离可能重叠交叉,条形码间隙消失,可能得 Hebert也认为传统分类学研究十分重要。传统分类 出错误的结论。有研究显示确实存在种内分化过高学成果是DNA条形码研究的不可或缺的基石(傅美 ( Boyer et al,2007)和种间分化不足( Shearer and cof-兰等,2010),全面深入地弄清分类群的形态学特征是 froth,2008)现象。 DNA条形码研究正确取样的前提( Meyer and Paulay, 目前的DNA条形码主要为线粒体和叶绿体基2005; Desalle,2006),脱离传统分类学而开展DNA 因,而二者均为单亲遗传,鉴定存在杂交的生物类群条形码研究是很难想象的,不可能取得科学准确的 时明显有缺陷( Will et al,2005; Rubinoff et al,2006b)。成果( Lipscomb et al,2003; Tautz et al,2003)。事实上, 许多生物类群存在不完全支系演化( incomplete lineage DNA条形码不仅不会取代传统的分类学,而且二者 sorting)与杂交等基因渗入 (introgression)现象,DNA相辅相成,彼此促进,共同推动生物分类和系统学研 条形码鉴定难以区分( Moritz and cicero,2004;Whit-究(宁淑萍等,2008)。 worth et al., 2007; Toffoli et al., 2008) 52选择合适的标记是有效应用条形码的前提 新近形成的物种,其分子间差异不一定达到显 著区分的程度,而且分子进化速率的差异可能导致 不同的DNA序列在生物中扮演不同的角色,承 二次突变也会影响分析的结果;近缘和近期分化的受的选择压不同,因而演化速率存在差异。不同的分 物种是否能用该方法验证一直备受争议 类阶元对于鉴定分类的条形码要求不同。鉴别属、种 等较低分类阶元时,要求DNA条形码序列变异较 43DNA条形码分类的鉴定阈值难以统一 大,这样才能将亲缘关系较近的种以及新发生的物 虽然已有的大部分研究结果显示COI等DNA种彼此间区别开来,需要选择进化速率较快的基因 条形码能够胜任分类鉴定,但是,这些研究的对象都在进化史上,科、目等更高分类阶元的分类群间彼此 是能够采用传统分类方法清晰鉴定的代表性物种。如产生歧异分化的时代较久远,不仅形态特征上分类 果用于传统形态学分类较困难的物种,DNA条形码群内部具有显著相同的特征、分类群间差异显著,而 分析很可能遇到诸多问题。不同物种的变异范围可能 且分类群间在分子水平上形成了稳定的显著差异, 不一致,种内和种间变异范围模糊,很难界定区分种因此,在鉴别科、目等高分类阶元时选择进化速率较 内和种间差异的标准;其它各分类阶元上不同生物类慢的DNA序列更合适,而选择进化速率快的基因反 而效果较差,可能将原本是同一分类群的生物鉴定 群判断标准同样也难以确定(肖金花等,2004)。目前 很多研究取材时取材的种群数量很少,每个种群仅 为不同的分类群。尽管理论上一条数十个核苷酸的 DNA序列就足够将所有的生物一一区分开来,但是 仅分析1或2个个体,必然导致种内变异的低估:或实际上这是不可能的,已有的研究证实了这一点。根 者没有分析姊妹类群,高估了种间差异,这可能虚高据研究对象的生物学特性和鉴别不同分类阶元的要 了DNA条形码的有效性和准确率( Dasmahapatra求,组合应用源于细胞器DNA序列和核基因的核糖 and mallet,2006;闫化学和于杰,2010)。 体、EFlα等序列( Ahrens et al,2007; Elias et al,2007), 自然界普遍存在共生和寄生现象,采用通用筛选建立适应不同分类群、不同分类阶元的进化速 DNA条形码很难实现。例如,珊瑚与黄球藻等植物率适宜的DNA条形码,这是DNA条形码发展的必 共生,提取DNA时难以将二者完全分开,因此,扩增由之路。分类学知识基础不同的生物学者可以选择 的引物应该具有珊瑚的特异性和黄球藻的特异性。从不同的阶元进行分类鉴定,例如陆地植物条形码 展望 组合tbcL(科)+maK(属)+IS和 trnH-psbA(种)鉴别 鉴定体系(任保青和陈之端,2010) 虽然争议仍然存在,但是,在动物、植物和微生 物中已经取得了越来越多的DNA条形码研究成果,之协作系统研究是DNA条形码研究的必由 53分 显著地推动了生物分类学的发展 尽管已经取得了一些令人振奋的成果,DNA条 5.1传统分类学是DNA条形码发展的基石 形码研究仍然处于起步阶段,当前和今后一个相当 DNA条形码不断取得的成果为分类学注入了长时间内,筛选适宜于植物、动物和微生物不同分类 新的发展动力,出现了传统分类学可能被弱化与取阶元和分类群的优良DNA条形码依然是主要研究 91994-2012ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net基因组学与应用生物学 Genomics and Applied Biology 种间遗传差异则降低，种内最大遗传距离和种间最 小遗传距离可能重叠交叉，条形码间隙消失，可能得 出错误的结论。有研究显示确实存在种内分化过高 (Boyer et al., 2007)和种间分化不足(Shearer and Cof￾froth, 2008)现象。 目前的 DNA 条形码主要为线粒体和叶绿体基 因，而二者均为单亲遗传，鉴定存在杂交的生物类群 时明显有缺陷(Will et al., 2005; Rubinoff et al., 2006b)。 许多生物类群存在不完全支系演化(incomplete lineage sorting)与杂交等基因渗入(introgression)现象，DNA 条形码鉴定难以区分(Moritz and Cicero, 2004; Whit￾worth et al., 2007; Toffoli et al., 2008)。 新近形成的物种，其分子间差异不一定达到显 著区分的程度，而且分子进化速率的差异可能导致 二次突变也会影响分析的结果；近缘和近期分化的 物种是否能用该方法验证一直备受争议。 4.3 DNA 条形码分类的鉴定阈值难以统一 虽然已有的大部分研究结果显示 COⅠ等 DNA 条形码能够胜任分类鉴定，但是，这些研究的对象都 是能够采用传统分类方法清晰鉴定的代表性物种。如 果用于传统形态学分类较困难的物种，DNA 条形码 分析很可能遇到诸多问题。不同物种的变异范围可能 不一致，种内和种间变异范围模糊，很难界定区分种 内和种间差异的标准；其它各分类阶元上不同生物类 群判断标准同样也难以确定(肖金花等, 2004)。目前， 很多研究取材时取材的种群数量很少，每个种群仅 仅分析 1 或 2 个个体，必然导致种内变异的低估；或 者没有分析姊妹类群，高估了种间差异，这可能虚高 了 DNA 条形码的有效性和准确率(Dasmahapatra and Mallet, 2006; 闫化学和于杰, 2010)。 自然界普遍存在共生和寄生现象，采用通用 DNA 条形码很难实现。例如，珊瑚与黄球藻等植物 共生，提取 DNA 时难以将二者完全分开，因此，扩增 的引物应该具有珊瑚的特异性和黄球藻的特异性。 5 展望 虽然争议仍然存在，但是，在动物、植物和微生 物中已经取得了越来越多的 DNA 条形码研究成果， 显著地推动了生物分类学的发展。 5.1 传统分类学是 DNA 条形码发展的基石 DNA 条形码不断取得的成果为分类学注入了 新的发展动力，出现了传统分类学可能被弱化与取 代的担忧，然而，即便是最早提出条形码概念的 Hebert 也认为传统分类学研究十分重要。传统分类 学成果是 DNA 条形码研究的不可或缺的基石(傅美 兰等, 2010)，全面深入地弄清分类群的形态学特征是 DNA 条形码研究正确取样的前提(Meyer and Paulay, 2005; DeSalle, 2006)，脱离传统分类学而开展 DNA 条形码研究是很难想象的，不可能取得科学准确的 成果(Lipscomb et al., 2003; Tautz et al., 2003)。事实上， DNA 条形码不仅不会取代传统的分类学，而且二者 相辅相成，彼此促进，共同推动生物分类和系统学研 究(宁淑萍等, 2008)。 5.2 选择合适的标记是有效应用条形码的前提 不同的 DNA 序列在生物中扮演不同的角色，承 受的选择压不同，因而演化速率存在差异。不同的分 类阶元对于鉴定分类的条形码要求不同。鉴别属、种 等较低分类阶元时，要求 DNA 条形码序列变异较 大，这样才能将亲缘关系较近的种以及新发生的物 种彼此间区别开来，需要选择进化速率较快的基因； 在进化史上，科、目等更高分类阶元的分类群间彼此 产生歧异分化的时代较久远，不仅形态特征上分类 群内部具有显著相同的特征、分类群间差异显著，而 且分类群间在分子水平上形成了稳定的显著差异， 因此，在鉴别科、目等高分类阶元时选择进化速率较 慢的 DNA 序列更合适，而选择进化速率快的基因反 而效果较差，可能将原本是同一分类群的生物鉴定 为不同的分类群。尽管理论上一条数十个核苷酸的 DNA 序列就足够将所有的生物一一区分开来，但是 实际上这是不可能的，已有的研究证实了这一点。根 据研究对象的生物学特性和鉴别不同分类阶元的要 求，组合应用源于细胞器 DNA 序列和核基因的核糖 体、EF1α 等序列(Ahrens et al., 2007; Elias et al., 2007)， 筛选建立适应不同分类群、不同分类阶元的进化速 率适宜的 DNA 条形码，这是 DNA 条形码发展的必 由之路。分类学知识基础不同的生物学者可以选择 从不同的阶元进行分类鉴定，例如，陆地植物条形码 组合 rbcL (科)+matK (属)+ITS 和 trnH-psbA (种)鉴别 鉴定体系(任保青和陈之端, 2010)。 5.3 分工协作系统研究是 DNA 条形码研究的必由 之路 尽管已经取得了一些令人振奋的成果，DNA 条 形码研究仍然处于起步阶段，当前和今后一个相当 长时间内，筛选适宜于植物、动物和微生物不同分类 阶元和分类群的优良 DNA 条形码依然是主要研究 754