DNA條形碼

科學家們用DNA條形碼技術鑒定物種及物種間親緣關係，修改已有的分類學結論等。

2002年生物學家研發出生物自己的條形碼，用於對動物界，包括脊椎動物和無脊椎動物身份識別，但這種條形碼並不是印在物品上，而是存在於所研究的動植物DNA中。

根據在2011年8月舉行的美國生態學會會議上公布的研究，DNA條形碼已經成為生態學研究的重要工具，不僅用於物種鑒定，同時也幫助生物學家進一步了解生態系統內發生的相互作用。DNA條形碼是一個特定的DNA片段序列，擁有足夠的可變性以確定物種出身。在發現一種未知物種或者物種的一部分時，研究人員便描繪其組織的DNA條形碼，而後與國際資料庫內的其他條形碼進行比對。如果與其中一個相匹配，研究人員便可確認這種物種的身份。

條形碼技術(Barcode techniques)是為實現對信息的自動掃描而設計的，它在零售業的發展過程中起到了重要作用，節省了交易時間，提高了銷售效率。隨著分子生物學技術和生物信息學的發展，基於DNA bar．coding技術進行鑒定和分類的研究已成為生物分類學研究中引人注目的新方向和研究熱點。關於DNAbarcoding的大量報道見諸於相關學術刊物和其他媒體上，如Science_1I2]，Nature]，PNAS_5I6]，The NewYork Times¨，National Geographic News等。生物條形碼協會(Consortium for the Barcode of Life)已有40個國家的130多個研究單位參與其中。2007年5月10日，世界上第一個DNA barcoding鑒定中心在加拿大University ofGuelph成立。本文綜述了DNA barcoding技術的研究現狀，並就該技術在中藥材鑒定中應用的技術方法、技術路線、關鍵問題以及應用範圍等方面開展研究進行了論述，為建立中藥材DNA barcoding鑒定技術奠定基礎。

在DNA分類學(DNA Taxonomy，即以DNA序列作為生物分類系統平台)的基礎上加拿大動物學家Paul Hebert等對動物界，包括脊椎動物和無脊椎動物共11門13320個物種的線粒體細胞色素C氧化酶亞基基因序列比較分析，除腔腸動物Cnidaria外，98% 的物種遺傳距離差異在種內0%～2%，種間平均可達到11．3%，據此提出可以用單一的小片段基因來代表物種，作為物種的條形編碼，為全球生物編碼’，即DNA barcoding(DNA條形碼)是利用一段標準DNA序列作為標記來實現快速、準確和自動化的物種鑒定，類似於超市利用條形碼掃描區分成千上萬種不同的商品。由於Paul Hebert首先倡導將條形碼編碼技術應用到生物物種鑒定中，因此他被稱為DNA條形編碼之父。

理想的DNA barcoding應當符合下列標準：

(1)具有足夠的變異性以區分不同的物種，同時具有相對的保守性；

(2)必須是一段標準的DNA區來儘可能鑒別不同的分類群；

(3)目標DNA區應當包含足夠的系統進化信息以定位物種在分類系統(科、屬等)中的位置；

(4)應該是高度保守的引物設計區以便於通用引物的設計；

(5)目標DNA區應該足夠的短以便於有部分降解的DNA的擴增。DNA barcoding作為生物“種水平species—level”鑒定的工具引人注目。Genbank資料庫中CO I序列正在快速增加。Min等分析了CO I序列及其來源基因組核苷酸含量之間的關係，結果表明849個CO I基因的5端的DNA barcoding序列令人驚奇地準確地代表了其來源完整線粒體基因mtDNA的重要信息，也就是說對於未測序的基因組，從DNA barcoding能快速預知完整基因組的組成。

自1975年以來，美國賓夕法尼亞州大學生物學家丹·詹森便對哥斯大黎加西北部的昆蟲以及它們食用的植物進行研究。他與同事捕捉了近50萬隻幼蟲，培育大約5000種蛾和蝴蝶直至它們發育成熟，同時為大約2000種昆蟲寄生蟲進行編目。

2003年，詹森的研究小組開始為目錄中的昆蟲描繪DNA條形碼。根據他們的研究發現，1種他們原以為以10種植物為食的蝴蝶實際上是10種不同的蝴蝶種群，每一種以1種植物為食；1種看似單一種群的黃蜂實際上是36種截然不同的種群；對16種蒼蠅種群進行分析后發現，它們實際上是73種獨特的種群。詹森在相隔僅1000米的區域內捕捉皇帝蛾，兩群皇帝蛾的DNA條形碼差異比例達到8%，證明一個單一種群分化成兩個種群。

在南太平洋塔希提島附近的法屬波利尼西亞島嶼茉莉亞島，一項大型DNA條形碼計劃已經進行到第4個年頭。從山頂到深海，一支國際科學家小組確認了體長超過大約1毫米的所有生物並描繪DNA條形碼。迄今為止，科學家共為茉莉亞島上超過三分之二的居民編製目錄，涉及到大約6500個物種。如此高的覆蓋率是研究茉莉亞島生態系統的第一步。在這座島嶼的一些棲息地，物種擁有的可辨認特徵並不是很多。

茉莉亞島生物代碼項目負責人、史密森尼學會的克里斯·梅耶表示，根據魚類胃內容物破譯其飲食結構就像根據乾衣機內的棉絨判斷衣服使用何種布料一樣。如果你找到一個紐扣，判斷它來自哪條褲子並非難事。但如果是一小團絨毛，你就很難判斷到底是來自藍毛巾還是藍色牛仔褲。在這種情況下，DNA條形碼便成為一個強有力的工具。

梅耶與同事馬特希·萊雷和J.T.伯赫姆對3種魚類的胃內容物進行DNA排序，而後描繪條形碼。令他們感到吃驚的是，有多達69種捕食性物種與他們資料庫中的條形碼相匹配。這個資料庫涵蓋一個生物目錄，涉及到蠕蟲、其他魚類、軟體動物和甲殼類動物。

研究發現，只有一種槍蝦和一種東方扁蝦這兩種捕食性物種成為一種以上的捕食者的獵物。梅耶表示：“捕食者的獵物選擇——至少這項研究中涉及的物種——要比我們此前認為的更具有配置性。”目前，生態學家開始將捕食者與獵物間的這種關係與生態系統模型結合在一起，用於測試這種資源配置如何支持珊瑚礁的恢復，尤其是在面臨氣候變化以及最近的外來物種入侵呈上升趨勢的情況下。

運用CO I作為條形碼對韓國92種鳥類物種進行了有效鑒定。同時，CO I基因特定片段作為DNA barcoding在真菌的鑒定研究中也取得了有價值的結果。Min等對Aseomyeota、Basidiomyeota、Chytridiomycota的31個真菌物種CO I進行了研究，結果顯示約600bp的CO I基因片段長度可以準確進行鑒定。由於CO I基因在植物中的進化速率遠慢於在動物中的進化速率，不適合作為大多數植物的編碼基因，許多學者對植物中適合作為DNA barcoding的基因進行了積極的探索。Kress等應用rDNA ITS序列和質體trnH—psbA基因間序列對53個科88個屬99個物種的進行研究，結果表明rDNA ITS序列和質體trnH—ps—基因間序列可以對植物物種進行DNA條形編碼。Chase等評價了葉綠體rbcL序列和rDNA ITS序列，並提出在陸地植物長期的DNA條形編碼目標研究中，需要進行更為精確的多標記序列條形碼研究。Taberlet等研究認為葉綠體trnL(UAA)內含子全序列(254—767bp)及其P6環(10—143bp)在作為DNA條形編碼中雖有不足，但仍具有許多優勢，如引物高度保守，擴增體系穩定，P6環在高度降解的DNA樣本中仍然可以擴增出來，在食品行業，法醫鑒定和永凍層中的樣品的鑒定研究中優勢明顯。

一系列DNA條形碼計劃正在世界各地進行。在加拿大丘吉爾的北極圈附近地區，科學家對6000種物種進行編目，包括數量驚人的昆蟲；在新幾內亞，DNA條形碼用於了解蝴蝶的進化；在波多黎各，這種條形碼又被用於破譯森林的結構。梅耶說：“DNA條形碼就像是放大倍率10x到100x的顯微鏡。”藉助於這項技術，研究人員能夠較以往更進一步了解生態系統，獲取更多細節。

由此可見，DNA．barcoding技術可以利用一段或幾段標準DNA序列實現動物、植物和真菌物種的快速鑒定，該技術將是今後生物物種鑒定發展的必然趨勢

生命條形碼聯盟（CBOL）闡述了DNA條形碼的優點：

1、以DNA序列為檢測對象，其在個體發育過程中不會改變。同種生物不同生長時期的DNA序列信息是相同的。同種生物不同生長時期的DNA序列信息是相同的，即經過加工，形態發生變化，而DNA序列信息不會改變，較之傳統的方法，擴大了檢測樣本範圍；同時樣本部分受損也不會影響識別結果。

2、可進行非專家物種鑒定。該技術是機械重複的，只要設計一套簡單的實驗方案，經過簡單培訓的技術員即可操作。

3、準確性高。特定的物種具有特定的DNA序列信息，而形態學鑒別特徵會因趨同和變異導致物種的鑒定誤差。

4、通過建立DNA條形碼資料庫，可以一次性快速鑒定大量樣本。分類學家新的研究成果將不斷地加入資料庫，成為永久性資料，從而推動分類學更加快速深入地發展。

DNA條形碼技術

DNA條形碼技術簡單地說，就是通過使用一個或一些短的DNA基因片段作為條形碼來對物種進行快速、準確識別的技術。

DNA條形碼技術的出現將極大地增強人類監測、了解和利用生物多樣性資源的能力，其在生命科學、法醫學、流行病學，以及醫藥、食品質量控制等領域均具有廣泛的應用前景。DNA條形碼技術不僅會進一步發展傳統的分類學研究，更會加速微生物資源的保藏、鑒定工作，推動微生物資源的更有效利用。