李樂康，張頌，王先勇，方磊

摘要：從DNA條形碼技術(shù)的研究現(xiàn)狀、篩選要求、鑒定優(yōu)勢等方面進行了介紹，并歸納總結(jié)了DNA條形碼技術(shù)在漁業(yè)資源研究中的優(yōu)勢、應用方向，以及可能遇到的問題，以期對漁業(yè)資源研究中的DNA條形碼應用提供參考。

關(guān)鍵詞：DNA 條形碼;漁業(yè)資源;物種鑒定

中圖分類號：R282.5 ?S932 ? ?文獻標識碼：A

DNA條形碼技術(shù)是一種物種鑒定新技術(shù)，2003年，由加拿大生物分類學家Paul Hebert等受到條形碼技術(shù)的啟發(fā)，首次正式提出DNA條形碼的概念[1]，即利用DNA的線性核苷酸排列建立類似的條形碼，得到了生物學界的普遍認可并迅速發(fā)展。2004年生物條形碼聯(lián)盟成立，2007年加拿大Guelph大學組建了第一個DNA barcoding鑒定中心，2009年“國際生命條形碼計劃”正式啟動。DNA條形碼技術(shù)是指通過基因組內(nèi)一段足夠變異的、較短的標準DNA片段來建立DNA標記與物種信息之間的一一對應關(guān)系，從而建立一種生物信息識別系統(tǒng)，實現(xiàn)對物種的快速、準確鑒定[2-3]。

漁業(yè)資源又稱水產(chǎn)資源，是指水域中具有開發(fā)利用價值的魚、甲殼類、貝、藻和海獸類等經(jīng)濟動植物的總體。漁業(yè)資源的儲備量和生物多樣性是漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。一直以來我國都是漁業(yè)大國，2016年全社會漁業(yè)經(jīng)濟總值達到了23662.29億元。但隨著社會發(fā)展和環(huán)境變化，一些種群退化、甚至遭到滅絕，維持最大程度的生物多樣性被認為具有更大的迫切性。因此，正確的認識和區(qū)分物種十分重要，DNA條形碼技術(shù)作為分類學中新興的方便、快捷、準確的鑒定手段，實現(xiàn)對物種的快速識別。

1 ?DNA條形碼技術(shù)的研究現(xiàn)狀

目前，動物、植物、微生物物種的DNA條形碼都得到了各方學者的普遍關(guān)注和廣泛研究，其中動物DNA條形碼研究進行的最早。2003年Hebert等比較了11門13320個擁有相近親緣關(guān)系的同屬物種COI序列，發(fā)現(xiàn)種間差異約11.3%，而種內(nèi)差異僅約為1%。另外通過研究線粒體基因色素細胞C氧化酶亞單位I（COI）的結(jié)構(gòu)、突變特點、攜帶的進化信息及引物通用性設(shè)計等方面的特點，綜合考慮，提出使用該基因片段（約650bp）作為動物的DNA條形碼[4]。目前該基因片段所為DNA條形碼已經(jīng)在魚類[5-6]、鳥類[7-9]、節(jié)肢動物[10]、軟體動物[11]、哺乳類[12]、兩棲類[13]等動物的研究上獲得了成功，對動物物種的分辨率達到了95%[14]，COI已被國際生命條形碼聯(lián)盟確定為動物物種鑒定的標準條形碼[15]。植物的線粒體遺傳分化小、進化速度慢，因此COI基因片段并不適合植物條形碼的研究[16-17]。2009年墨西哥召開的第三屆國際DNA條形碼會議上，國際生命條形碼聯(lián)盟植物工作組初步確定了葉綠體基因片段rbcL和matK聯(lián)合使用作為植物DNA條形碼的標準片段[18]。微生物DNA條形碼的研究工作主要集中在真菌類群，ITS已經(jīng)廣泛應用與真菌的分類鑒定中，對真菌物種的分辨率達到72%[19-21]。

2 ?DNA條形碼的篩選要求

理想的DNA條形碼應滿足的標準為[22-23]：

2.1 ?合適的進化速率

在生物進化的過程中，DNA進化的速率不同，候選條形碼的序列需要具備合適的進化速率，種間差異大，種內(nèi)差異小，存在條形碼間隙;

2.2 ?足夠的遺傳信息

候選條形碼的DNA序列需具備足夠多的遺傳信息，便于區(qū)分不同等級的生物物種;

2.3 ?實現(xiàn)標準化

對不同物種、不同類群實現(xiàn)DNA標準化操作，使用同一位點;

2.4 ?序列保守

候選序列兩端具有高度保守性，便于設(shè)計物種間的通用引物，易于擴增，且序列長度應便于擴增，且能夠完成破損樣本的DNA分析。

3 ?DNA條形碼的鑒定優(yōu)勢

地球上生物種類豐富，達到一百五十多萬種[24]，傳統(tǒng)的分類學鑒定是依照形態(tài)學及解剖學特征，并按照林奈雙名法命名分類。然而，能夠分類鑒定的物種僅占15%[25]，人類的識別能力有限，傳統(tǒng)的分類學專家也越來越少，分類學科發(fā)展滯后。相比于傳統(tǒng)的分類學鑒定，DNA條形碼具有明顯的優(yōu)勢[23、26-29]，具體包括：

⑴操作簡單、方便、快捷，借助標準化操作和數(shù)據(jù)庫，可以實現(xiàn)大規(guī)模樣本的鑒定，并且對操作人員的專業(yè)技能并沒有過高的要求，非專業(yè)人員經(jīng)過培訓也可操作;

⑵準確性高，被確定為DNA條形碼的序列具有特異性且非常穩(wěn)定，會避免傳統(tǒng)分類學出現(xiàn)的因性別、分類階段或環(huán)境條件造成的表型變化和工作人員的主觀經(jīng)驗引起鑒定錯誤，可以發(fā)現(xiàn)新種;

⑶樣本要求低，樣本個體非常小或非常大不易獵殺以及降解的樣本均能進行鑒定，例如真菌、胃里面的食物碎片、排泄物和腐蝕樣本;

⑷信息共享方便，有專門的數(shù)據(jù)庫，信息進行不斷的補充和更新，數(shù)據(jù)庫不斷完善。

4 ?DNA條形碼在漁業(yè)資源研究中的應用方向

4.1 ?漁業(yè)資源生物多樣性的保護和系統(tǒng)發(fā)育進化研究

我國漁業(yè)資源種類豐富，按水域分為內(nèi)陸水域漁業(yè)資源和海洋漁業(yè)資源，生物多樣性位居世界前列，如今，隨著人類活動的過多干預，一些水生生物種群退化，還有很多種類遭受到了嚴重的威脅，比如江豚，更有的物種如白鱀豚走向滅絕。如何科學有效的保護生物多樣性已經(jīng)成為保護漁業(yè)資源最重要的任務，DNA條形碼技術(shù)除了快速、高效的鑒定物種外，更能準確的計算出多樣性指數(shù)，預測生物多樣性格局，促進生物多樣性的研究[30-31]。之前的研究表明，群落結(jié)構(gòu)定位是否準確由系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系正確與否決定，DNA條形碼通過對基因序列的分析及數(shù)據(jù)處理，構(gòu)建生物系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系圖譜，完善人類對生物進化關(guān)系的認識，可以彌補傳統(tǒng)分類和研究的不足。Zemlak等利用DNA條形碼技術(shù)，成功重建了印度洋近海和遠海的35種代表魚類系統(tǒng)分類關(guān)系[32]，Wong等利用DNA條形碼技術(shù)更好的研究了鯊魚種內(nèi)變異情況[33]。

4.2 ?珍稀水生野生動物的科學保護和有效監(jiān)管

我國有很多珍稀水生動物資源，在我國重點保護野生動物名錄中，列入世界自然保護聯(lián)盟IUCN瀕危、極危級別的就約有35種，保護珍貴、瀕危水生野生動植物及其棲息地對維護生態(tài)平衡，維持生態(tài)資源可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。此外，我國大量的珍稀物種包括水生生物被國外研究人員或商業(yè)機構(gòu)通過多種途徑帶出國門，對我國的生物資源造成了極大損失[34]，非法交易也是目前國際上難以有效避免的難題，傳統(tǒng)的技術(shù)手段很難對珍稀的生物資源進行有效鑒定，DNA條形碼技術(shù)不但可以快速鑒別物種，還不受物種形態(tài)的影響，局部組織或經(jīng)過處理的樣本也能有效區(qū)分，從而提升海關(guān)等政府部門對生物資源有效監(jiān)管和保護的能力。DNA條形碼建立的大規(guī)模數(shù)據(jù)庫也為如何科學保護水生野生動物提供有利參考。Armstrong等對10年內(nèi)新西蘭邊境截獲的石蠅標本COI序列進行分析發(fā)現(xiàn)，鑒定結(jié)果與傳統(tǒng)手段的結(jié)果高度一致，但卻大大縮短了鑒定時間[35]。

4.3進行有害水生生物和入侵水生生物的研究

社會發(fā)展的不斷進步加速了國球一體化進程，國內(nèi)、國際貿(mào)易往來和旅游業(yè)的快速發(fā)展也增加了外來物種入侵和有害生物傳播的幾率，檢驗檢疫機構(gòu)是我國生態(tài)安全的重要屏障，然而樣品數(shù)量的激增和通過形態(tài)特征鑒定的效率低下已經(jīng)不能滿足相關(guān)業(yè)務的需要，遇到形態(tài)特征模糊不清的樣本，如殘片、糞便、卵等，更加難以用傳統(tǒng)的手段進行鑒別，DNA條形碼進行有害生物和入侵物種鑒定具有相當顯著的優(yōu)勢，可以輔助傳統(tǒng)手段對檢驗檢疫工作嚴格把關(guān)，維護我國生態(tài)安全不受侵害。

5 ?展望

DNA條形碼技術(shù)研究還有很多制約因素，完整的數(shù)據(jù)化平臺建立需要采集大量的樣本，整合大數(shù)據(jù)進行DNA條形碼資源的共享，現(xiàn)在的研究水平，數(shù)據(jù)庫生物多樣性信息還不完善，DNA條形碼技術(shù)的應用還具有局限性。此外，地理隔離對物種的影響讓鑒定結(jié)果存在不確定性，Sperling研究了大量昆蟲的COI序列發(fā)現(xiàn)，至少四分之一的物種不容易根據(jù)序列來區(qū)分[36]，因此，作為DNA條形碼的基因需要進一步研究。DNA條形碼技術(shù)建立以來，取得了豐碩的研究成果，雖然這一技術(shù)還存在質(zhì)疑，但是其對分類學研究的推動和應用意義毋庸置疑，前景十分光明，其與傳統(tǒng)分類學相結(jié)合，必定會成為生物學研究的一種重要工具。在漁業(yè)資源的研究中，DNA條形碼技術(shù)也會發(fā)揮其優(yōu)勢，推動我國漁業(yè)資源的研究與保護，推動水產(chǎn)科研事業(yè)的更好發(fā)展。

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