DNA条形码

DNA片段

DNA条形码（DNA barcode）是指生物体内能够代表该物种的、标准的、有足够变异的、易扩增且相对较短的DNA片段。

条形码介绍

科学家们用DNA条形码技术鉴定物种及物种间亲缘关系，修改已有的分类学结论等。

2002年生物学家研发出生物自己的条形码，用于对动物界，包括脊椎动物和无脊椎动物身份识别，但这种条形码并不是印在物品上，而是存在于所研究的动植物DNA中。

根据在2011年8月举行的美国生态学会会议上公布的研究，DNA条形码已经成为生态学研究的重要工具，不仅用于物种鉴定，同时也帮助生物学家进一步了解生态系统内发生的相互作用。DNA条形码是一个特定的DNA片段序列，拥有足够的可变性以确定物种出身。在发现一种未知物种或者物种的一部分时，研究人员便描绘其组织的DNA条形码，而后与国际数据库内的其他条形码进行比对。如果与其中一个相匹配，研究人员便可确认这种物种的身份。

研究方向热点

条形码技术(Barcode techniques)是为实现对信息的自动扫描而设计的，它在零售业的发展过程中起到了重要作用，节省了交易时间，提高了销售效率。随着分子生物学技术和生物信息学的发展，基于DNA bar．coding技术进行鉴定和分类的研究已成为生物分类学研究中引人注目的新方向和研究热点。关于DNAbarcoding的大量报道见诸于相关学术刊物和其他媒体上，如Science_1I2，Nature ，PNAS_5I6，The NewYork Times¨， National Geographic News 等。生物条形码协会(Consortium for the Barcode of Life)已有40个国家的130多个研究单位参与其中。2007年5月10日，世界上第一个DNA barcoding鉴定中心在加拿大University ofGuelph成立。本文综述了DNA barcoding技术的研究现状，并就该技术在中药材鉴定中应用的技术方法、技术路线、关键问题以及应用范围等方面开展研究进行了论述，为建立中药材DNA barcoding鉴定技术奠定基础。

定义

在DNA分类学(DNA Taxonomy，即以DNA序列作为生物分类系统平台)的基础上加拿大动物学家Paul Hebert等对动物界，包括脊椎动物和无脊椎动物共11门13 320个物种的线粒体细胞色素C氧化酶亚基基因序列比较分析，除腔肠动物Cnidaria外，98% 的物种遗传距离差异在种内0% ～2% ，种间平均可达到11．3% ，据此提出可以用单一的小片段基因来代表物种，作为物种的条形编码，为全球生物编码 ’ ，即DNA barcoding(DNA条形码)是利用一段标准DNA 序列作为标记来实现快速、准确和自动化的物种鉴定，类似于超市利用条形码扫描区分成千上万种不同的商品。由于Paul Hebert首先倡导将条形码编码技术应用到生物物种鉴定中，因此他被称为DNA条形编码之父。

理想标准

理想的DNA barcoding应当符合下列标准：(1)具有足够的变异性以区分不同的物种，同时具有相对的保守性；(2)必须是一段标准的DNA区来尽可能鉴别不同的分类群；(3)目标DNA区应当包含足够的系统进化信息以定位物种在分类系统(科、属等)中的位置；(4)应该是高度保守的引物设计区以便于通用引物的设计；(5)目标DNA区应该足够的短以便于有部分降解的DNA的扩增… 。DNA barcoding作为生物“种水平species—level”鉴定的工具引人注目。Genbank数据库中CO I序列正在快速增加。Min等分析了CO I序列及其来源基因组核苷酸含量之间的关系，结果表明849个CO I基因的5 端的DNA barcoding序列令人惊奇地准确地代表了其来源完整线粒体基因mtDNA的重要信息，也就是说对于未测序的基因组，从DNA barcoding能快速预知完整基因组的组成。

发展研究进展

2003年，詹森的研究小组开始为目录中的昆虫描绘DNA条形码。根据他们的研究发现，1种他们原以为以10种植物为食的蝴蝶实际上是10种不同的蝴蝶种群，每一种以1种植物为食；1种看似单一种群的黄蜂实际上是36种截然不同的种群；对16种苍蝇种群进行分析后发现，它们实际上是73种独特的种群。詹森在相隔仅1000米的区域内捕捉皇帝蛾，两群皇帝蛾的DNA条形码差异比例达到8%，证明一个单一种群分化成两个种群。

在南太平洋塔希提岛附近的法属波利尼西亚岛屿茉莉亚岛，一项大型DNA条形码计划已经进行到第4个年头。从山顶到深海，一支国际科学家小组确认了体长超过大约1毫米的所有生物并描绘DNA条形码。迄今为止，科学家共为茉莉亚岛上超过三分之二的居民编制目录，涉及到大约6500个物种。如此高的覆盖率是研究茉莉亚岛生态系统的第一步。在这座岛屿的一些栖息地，物种拥有的可辨认特征并不是很多。

近期

茉莉亚岛生物代码项目负责人、史密森尼学会的克里斯·梅耶表示，根据鱼类胃内容物破译其饮食结构就像根据干衣机内的棉绒判断衣服使用何种布料一样。如果你找到一个纽扣，判断它来自哪条裤子并非难事。但如果是一小团绒毛，你就很难判断到底是来自蓝毛巾还是蓝色牛仔裤。在这种情况下，DNA条形码便成为一个强有力的工具。

梅耶与同事马特希·莱雷和J. T.伯赫姆对3种鱼类的胃内容物进行DNA排序，而后描绘条形码。令他们感到吃惊的是，有多达69种捕食性物种与他们数据库中的条形码相匹配。这个数据库涵盖一个生物目录，涉及到蠕虫、其他鱼类、软体动物和甲壳类动物。

研究发现，只有一种枪虾和一种东方扁虾这两种捕食性物种成为一种以上的捕食者的猎物。梅耶表示：“捕食者的猎物选择——至少这项研究中涉及的物种——要比我们此前认为的更具有配置性。”目前，生态学家开始将捕食者与猎物间的这种关系与生态系统模型结合在一起，用于测试这种资源配置如何支持珊瑚礁的恢复，尤其是在面临气候变化以及最近的外来物种入侵呈上升趋势的情况下。

运用CO I作为条形码对韩国92种鸟类物种进行了有效鉴定。同时，CO I基因特定片段作为DNA barcoding在真菌的鉴定研究中也取得了有价值的结果。Min等对Aseomyeota、Basidiomyeota、Chytridiomycota的3 1个真菌物种CO I进行了研究，结果显示约600 bp的CO I基因片段长度可以准确进行鉴定。由于CO I基因在植物中的进化速率远慢于在动物中的进化速率，不适合作为大多数植物的编码基因，许多学者对植物中适合作为DNA barcoding的基因进行了积极的探索。Kress等应用rDNA ITS序列和质体trnH—psbA基因间序列对53个科88个属99个物种的进行研究，结果表明rDNA ITS序列和质体trnH—ps—基因间序列可以对植物物种进行DNA条形编码。Chase等评价了叶绿体rbcL序列和rDNA ITS序列，并提出在陆地植物长期的DNA条形编码目标研究中，需要进行更为精确的多标记序列条形码研究。Taberlet等研究认为叶绿体trnL(UAA)内含子全序列(254—767 bp)及其P6环(10—143 bp)在作为DNA条形编码中虽有不足，但仍具有许多优势，如引物高度保守，扩增体系稳定，P6环在高度降解的DNA样本中仍然可以扩增出来，在食品行业，法医鉴定和永冻层中的样品的鉴定研究中优势明显。

目前

一系列DNA条形码计划正在世界各地进行。在加拿大丘吉尔的北极圈附近地区，科学家对6000种物种进行编目，包括数量惊人的昆虫；在新几内亚，DNA条形码用于了解蝴蝶的进化；在波多黎各，这种条形码又被用于破译森林的结构。梅耶说：“DNA条形码就像是放大倍率10x到100x的显微镜。”借助于这项技术，研究人员能够较以往更进一步了解生态系统，获取更多细节。

趋势

由此可见，DNA．barcoding技术可以利用一段或几段标准DNA序列实现动物、植物和真菌物种的快速鉴定，该技术将是今后生物物种鉴定发展的必然趋势

优点

生命条形码联盟（CBOL）阐述了DNA条形码的优点：

1、以DNA序列为检测对象，其在个体发育过程中不会改变。同种生物不同生长时期的DNA序列信息是相同的。同种生物不同生长时期的DNA序列信息是相同的，即经过加工，形态发生变化，而DNA序列信息不会改变，较之传统的方法，扩大了检测样本范围；同时样本部分受损也不会影响识别结果。

2、可进行非专家物种鉴定。该技术是机械重复的，只要设计一套简单的实验方案，经过简单培训的技术员即可操作。

3、准确性高。特定的物种具有特定的DNA序列信息，而形态学鉴别特征会因趋同和变异导致物种的鉴定误差。

4、通过建立DNA条形码数据库，可以一次性快速鉴定大量样本。分类学家新的研究成果将不断地加入数据库，成为永久性资料，从而推动分类学更加快速深入地发展。

应用

DNA条形码技术

DNA条形码技术简单地说，就是通过使用一个或一些短的 DNA基因片段作为条形码来对物种进行快速、准确识别的技术。

DNA条形码技术的出现将极大地增强人类监测、了解和利用生物多样性资源的能力，其在生命科学、法医学、流行病学，以及医药、食品质量控制等领域均具有广泛的应用前景。DNA条形码技术不仅会进一步发展传统的分类学研究，更会加速微生物资源的保藏、鉴定工作，推动微生物资源的更有效利用。