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  • DNA条形码:认知物种新方式?
  • 作者: 来源:科技日报 时间:2009-9-4 17:51:44 阅读次 【
  • 近日,以“生命条形码与人类未来”为主题的中国科协第31期新观点新学说学术沙龙在北京中国科学院动物研究所举行。

    分类学家、免疫学家、昆虫学家等几十位专家聚集在一起围绕DNA条形码这一新兴科学,就“DNA条形码技术可以普遍适用于昆虫各个类群吗”、“COI可以作为鉴定动物的标记基因吗”、“影响DNA条形码区分物种的精确性的因素有哪些”等方面展开了深入讨论。

    那该技术具有哪些特点和优势?物种鉴定可靠么?用哪个基因或一段非编码的DNA片段来做标记?

    DNA条形码识别系统,能成为一种快捷、精确、自动化、全球通用的分类鉴定工具吗?

    野外露营时,被不知名的虫子咬了一口,担心是否有毒,只需用随身携带的DNA条形码扫描仪轻轻刷一下小虫子,仪器上显示它的名称等信息。还想了解更多?你可以上网,在全球通用的物种DNA条形码数据库中进行检索,了解这一物种的特性及应对方法。这再也不是遥不可及的梦想。这就是DNA条形码技术。

    现状:传统分类方式已无法满足需求。中国科学院动物研究所研究员乔格侠介绍,按最保守估计,目前地球上已知物种有1000万,一个人基于形态学能够辨认的物种不过1000种。而且,目前基于形态学的手段辨认物种相对比较复杂,效率低,需要很长时间,过多依赖于经验进行判断。如果按照传统的测算方法鉴定,可能需要1500年,甚至1.5万年,才有可能完成全球基本的生物物种的编目。现在,全世界急需寻找一种快捷、精确、自动化、全球通用的分类鉴定工具,建立一个统一标准的、以DNA条形码为基础的识别系统。但是,针对生物界有150多万种物种,DNA条形码识别系统的建立工作十分艰难。

    困境:建立统一标准并非易事。确立DNA条形码分4步:首先,对标本进行形态学鉴定;随后,确认标本来源是否涵盖现有的该物种的分布区域;再次,确认研究的物种的数目是否足以反映该类群的整体情况;最终,确保测序的准确性和覆盖度。“从条形码本身来讲,物品的条形码是唯一的。但是对于生物来说,我们所用的条形码不是人为编制的,是形成的一个基因序列。在不同的物种间和物种内有变异的范围,唯一性不强。”据南开大学昆虫学研究所研究员卜文俊介绍。“现在的做法是,变异范围是一个经验值,比如2%、3%的序列差异。”卜文俊介绍,分子体现的是同一物种下的多样性,而如何记载同一物种中的大量的变异问题。是换成不同的物种记载,还是记载物种下的变异类型?这成为DNA条形码工作中的难点。此外,由于DNA条形码选择600个基因左右长度队伍中进行标记确认,而有些物种并不能提供这样长度的、连续的基因。而对于另外某些物种来说,600个基因的长度又不足以确定其物种的属性。因此,如何选择所有物种通用的基因长度标准又成了DNA条形码的挑战。从分子角度看,由于选定的基因只是体现了一部分的分子多样性,还有大量的分子多样性体现在其他的基因上。因此,在认识物种的过程中,需要结其他数据进行确定。

    目标:建立全球统一数据库。乔格侠说:“DNA条形码序列应该提交到专门的条形码数据库中。重要的是,根据DNA条形码进行物种识别的前提条件是已经测得并建立了相关类群所有物种的条形码标记的数据库。”

    然而,建立公共数据库,并不像想象中的那么容易。根据卜文俊介绍,建立一个库需要很多的要素,地理分布、照片、生物学的记载、系统发育或者是种群学的数据,还需要跟其他大的数据库进行连接。“也许这个库最终不是一个单一的库,而是生物多样性记载的一个库。分子的数据通过条形码来体现。”对于这个数据库的特性,卜文俊则说:“它应该是一个公共的数据库,全球参与。”在数据库建好之后,也可以引入商业机构,进行基于数据库的其他分析。如何向这样的数据库中添加内容?乔格侠描述了理想架构及建构流程:第一,依托于收藏机构,掌握各种标本材料,便于分析判断;第二步,通过技术手段获取DNA信息及相关信息;第三步,对获取的数据进行挖掘分析;第四步,将相关信息及标记序列提交到已经建立的共享平台数据库中;最后,再由分类学家进行物种鉴定,同时提供形态学、生物学的信息,并对结果进行校对。

    措施:优先发展紧急物种。

    “曾经出现过这样的情况,某地发生鼠疫,当地一直按照原有方法进行控制,但2年后才发现一个新的鼠疫发源地,结果DNA条形码工作鉴定后,人们才知道这个物种根本不是原先想的物种。”中国疾病控制中心传染病研究所研究员刘起勇说起这样的事情时,不无遗憾。当大规模流行病或疫情来临时,如何确定流行病或疫情的病源,成为了防疫控制工作的第一步。

    据刘起勇介绍,在常规病媒生物监测和病原地调查和疫情处理过程中,需要在现场处理大量标本,而且标本鉴定不能做到细致准确。全国曾有一万人从事媒介生物建设,但这里面真正能进行准确分类的不到1%,分布也很不均衡。“当紧急情况来临时,不可能在短时间内有很多分类学家到现场去工作。现在越来越要寻求一种对于分类专业依赖性较小的技术,那就是DNA条形码技术。”刘起勇肯定地说。在疾病控制中,DNA条形码技术用于标本和样品的准确鉴定和分类,也可以做进一步分类调查,确定该物种是不是病原。随着分子生物学技术成本不断降低,通过基因序列分析进行标本的鉴定将成为主要手段。

    据刘起勇介绍,我国的疾病系统每年都要大量的媒介生物标本和样品进行鉴定,DNA条形码主要用于建立条形码数据库。“我们对内容做了一个规划,争取三到五年的时间,对主要的病原微生物建立DNA条形码和标准。随后,再用三到五年的时间,在全国较发达地区进行推广,或者有意愿的地区进行推广,在疾控系统逐步形成DNA条形码数据库和DNA条形码分类鉴定技术。”

    除了常规病媒外,对重要保护动物、农林害虫等进行DNA条形码的鉴定也十分紧迫。建立覆盖全球已知所有物种的数据库并非一朝一夕之事,于是,优先发展那些稀缺的、重要的物种DNA条形码鉴定,就成为了目前科学家实行的优先策略。这些物种你认识吗?如果应用DNA条形码技术,你就会很轻松地区分它们。

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