[DNA条形码技术的概况及其在大型海藻中的应用]DNA条形码技术

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1、DNA条形码技术的概况及其在大型海藻中的应用DNA条形码技术 摘 要:随着DNA条形码技术的不断发展,资源丰富的条形码序列信息可供研究者进行各个物种的研究工作,藻类分类学家也做了各种各样的尝试,开发有效的DNA条形码序列进行相关藻种的鉴定,目前的条形码如RBCL、ITS均在石莼属等物种鉴定工作中取得了一定的效果。关键词:DNA条形码 海藻 鉴定 绿潮中图分类号:Q19 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(x)06(c)-0247-011 DNA条形码的发展由于形态学鉴定所固有的这些缺点,使得物种多样性的鉴定遇到了技术上的瓶颈,人们开始尝试着寻找一种更为科学的鉴定方法,DNA条形码技术

2、成为了一种令人振奋的技术手段。目前这种技术手段已经广泛的应用到了一些形态差异较小的种群之中,如细菌、病毒、原生动物等1。在动物中,线粒体基因组相对于核基因组而言已经成为了更为关注的研究对象,是分子分类学家寻找DNA条形码的重点。这主要是由于它在基因中缺少内含子的区域,重组中受限制和单倍体遗传模式等特点2。早一些的研究主要集中在线粒体中编码核糖体(12S 16S)的基因中。但是这些基因的广泛应用受到了一定的限制,其限制主要来自月自身的碱基插入突变或移码突变,由于突变而使比对的复杂性增加。理论上任何基因都没有强制优先作为条形码的理由,但是COI的出现后其对于其他的线粒体基因的确有着无法比拟的优势。

3、与其他编码蛋白的基因一样,其密码子的第三位碱基有一定的简并性,使它的分子水平的进化率高于如12S或16S等一般线粒体基因3倍之多,事实上,此基因的进化水平不但可以分辨种间的物种,甚至可以分辨种内的不同个体。虽然也会有其它的基因能够与它的进化速度相当,但是它能够来进行更为深入的系统发生分析。2 DNA条形码在海洋藻类中的应用目前,DNA条形码在海洋中的大型藻类鉴定方面的应用取得了良好的效果。海藻仅凭形态学特点非常难于鉴定,DNA条形码已经被证明是一种良好的工具辅助褐藻(phaephyceae)和红藻(Rgodophyta)的鉴定4。虽然DNA条形码技术已经在红藻和褐藻的分类学中取得良好的效果,但

4、是绿藻,尤其是羽藻属、石莼属,DNA条形码在其方面的应用仍需要进一步的进行开发。目前许多标记已经设计出来针对不同藻种种进行分类,在红藻、褐藻中COI-5P已经在众多检测中被证明是最为有效的,其鉴定结果被研究者广泛的接受,并被应用到了条形码各个领域的工作中,但是尽管不断的对其进行最适合引物的设计,研究依旧不能设计出有效的引物,原因可能是由于缺乏绿藻线粒体序列,到现在为止,仅仅有两种绿藻的线粒体基因组已经公开发表,但是为了绿藻分类地位和多样性研究开发COI-5P作为其条形码的最大的阻碍,是COI基因中含有含有内含子,这些因素使得COI-5P很难应用在绿藻的分类地位和多样性的研究方面,最终,研究者放

5、弃了COI-5P序列作为绿藻的条形码序列。对于绿藻分类地位和多样性的条形码研究,学者们选取了多种标记基因作为DNA条形码的候选基因,其中RBCL已经是最为广泛的一个选择,自从植物DNA条形码研究开展以来,并建立了RBCL序列信息库已经有许多的研究者在针对海洋大型绿藻的研究中应用RBCL作为其分类鉴定的标记基因,取得了良好的效果,TufA在绿藻中是编码叶绿体合成蛋白延伸因子Tu(EF-Tu)。而在高等的动植物中,它逐渐过渡到了细胞核基因组中,在绿藻鉴定中得到了广泛的应用,它的优点在于在相关绿藻的tufA序列数据中几乎都不含有内含子5。核基因组核糖体转录间隔区序列ITS是在真核生物中,基因组的18

6、SrDNA、5.8SrDNA和28SrDNA构成了ITS序列,其特点是,ITS1和ITS2所包含的序列高度可变,而5.8SrDNA则相对保守,因此具有良好的区分种间和种内的变异度,又因其片段长度在绿藻中大约为700bp800bp左右,一个测序反应即可测通其序列,简单有效6。经过Saunder的大量样品实验的总结,TUFA基因相对与RBCL、ITS等基因,序列内部不含内含子,故有着较高的扩增效率。所以认为它是目前最为有效的绿藻条形码候选基因,TUFA一方面能够对绿藻能够进行较为合理的鉴定;另一方面引物设计更加方便且适用范围广,尽管它也有着自身的不足之处:较ITS等序列其变异度较小。但是其分辨藻种

7、的效果确实明显的,但是针对刚毛藻属,TUFA设计的引物均无法全面有效的扩增,因此需要分类学者进一步开发设计通用性更强的引物。参考文献1 Nanney,D.L.1982 Genes and phenes in Tetrahymena.Bioscience 32,783 788.2 GrazianoPesole,CarmelaGissi,Anna De Chirico and Cecilia Saccone 1999 Nucleotide Substitution Rate of Mammalian Mitochondrial Genomes J.MOLECULAR EVOLUTION Volum

8、e 48,Number4,427434.3 Simmons,R.B.&Weller,S.J.2001 Utility and evolution of cytochrome b in insects.Mol.Phylogenet.Evol.20,196210.4 Saunders G.W x.Applying DNA barcoding to red macroalgae:a preliminary appraisal holds promise for future applications.Philos.Trans.R.Soc.Lond.B Biol.Sci.360:187988.5 SHERWOOD A.R.&PRESTING G.G.,xUniversal primers amplify a23S rDNA plastid marker in eukaryotic algae and cyanobacteria.Journal of phycology43:605608.6 汪文俊,王飞久,陈松,等.浒苔ITS区的扩增和分析J.海洋水产研究,x,29(5):520921.