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DNA條形碼在進化生(shēng)态學研究中(zhōng)的應用

  行業動态     |      2023-03-10 10:56:03

      DNA條形碼是最近十幾年發展起來的一(yī)門生(shēng)物(wù)技術, 具有标準、通用、快捷等優點, 其主要目标是通過較短的DNA序列在物(wù)種水平上對現存生(shēng)物(wù)類群和未知(zhī)生(shēng)物(wù)材料進行識别和鑒定。目前, 植物(wù)DNA條形碼已較成熟地應用于群落系統發育(或稱譜系)與進化生(shēng)态學研究, 主要回答兩大(dà)科學問題:

      (1)通過DNA條形碼構建群落系統發育關系, 其核心理念是通過具有不同進化速率的DNA條形碼片段組合, 相對準确地構建出特定森(sēn)林群落的系統發育關系大(dà)框架, 且在科或者屬級分(fēn)類階元下(xià)的類群能獲得比基于APG系統進化樹(shù)更精準的末端分(fēn)支。

      (2)将基于DNA條形碼的群落系統發育關系用于探讨局域、區域乃至全球尺度上森(sēn)林群落格局的構建方式和維持機制 其核心理念是通過運用實測的DNA條形碼群落系統發育關系, 獲取更接近真實的群落系統發育結構和多樣性分(fēn)布格局, 減少發生(shēng)統計誤差的概率。

      此外(wài), DNA條形碼作爲一(yī)種非損傷性技術, 可量化動物(wù)取食特征和種子傳播交互網絡, 評估每種食果動物(wù)對不同小(xiǎo)生(shēng)境中(zhōng)種子雨的貢獻, 還可檢測不同食果動物(wù)是否選擇性地取食不同果實或種子類型, 在植食性特征和種子凋落格局之間構建出溝通的橋梁, 進而構建植食性動物(wù)與被取食植物(wù)的複雜(zá)網絡關系, 探讨動植物(wù)協同進化關系。

      最近幾年, 植物(wù)DNA條形碼研究在群落水平上獲得了一(yī)系列進展, 如物(wù)種辨别、群落系統發育關系構建、群落結構探索和生(shēng)物(wù)多樣性指數評價等,這主要得益于CTFS-ForestGEO 網絡和中(zhōng)國森(sēn)林生(shēng)物(wù)多樣性監測網絡等研究平台。當然, 其研究仍然存在一(yī)些問題:

       (1)各森(sēn)林群落現有的植物(wù)DNA條形碼序列數據大(dà)多零散分(fēn)布于各樣地, 部分(fēn)數據尚未得到充分(fēn)應用。爲了有效使用現有數據, 建議各樣地自行或授權上傳并管理相關數據, 其他用戶經過必要審核後可共享相應數據。數據擁有者和使用者之間可以進行實時交流, 實現跨區域數據管理、整合與應用。

      (2)疑難類群的準确辨别仍有難度, 常規DNA測序技術及所獲得的數據難以滿足更多科研任務。對目标類群進行标本鑒定的一(yī)個重要發展趨勢是基于大(dà)量DNA條形碼序列的數據庫進行初步分(fēn)子鑒定, 同時與形态、化學、細胞、化石等生(shēng)物(wù)證據相結合。但是, 重建群落内各物(wù)種起源過程, 探索物(wù)種的形成和分(fēn)化速率, 預測未來演化進程等複雜(zá)科學問題, 需要借助更大(dà)規模的DNA序列數據庫和更強大(dà)的分(fēn)析方法。轉錄組、全基因組測序等新一(yī)代生(shēng)物(wù)技術能提供更多的遺傳信息, 有望在對疑難生(shēng)物(wù)類群進行快速、準确識别的基礎上, 促進DNA條形碼序列信息在生(shēng)态、進化和生(shēng)物(wù)多樣性等方面的充分(fēn)應用。

      (3)最優植物(wù)DNA條形碼有待更多的評價。選取合适的DNA條形碼對進化生(shēng)态學研究至關重要。在動物(wù)和微生(shēng)物(wù)研究領域, 通用DNA條形碼的應用和進展相對順利(前者: 線粒體(tǐ)基因細胞色素C氧化酶COI; 後者: ITS和18S rDNA) 。在植物(wù)界, 現有的核心植物(wù)DNA條形碼是葉綠體(tǐ)片段組合rbcL + matK, 但諸多研究表明, 它們隻能識别70%左右的常見陸生(shēng)植物(wù)種類甚至更少, 特别是在鑒定近緣和其他疑難類群時需要增加trnH-psbA和ITS等更多片段才能獲得較爲理想的分(fēn)辨效果。因此,今後可能會對陸生(shēng)植物(wù)條形碼進行新一(yī)輪的評估,權衡DNA條形碼在物(wù)種水平鑒定的有效性、便捷性、投入産出比等方面, 最終遴選出各方較能接受的新方案。

      總之, 作爲一(yī)種實用技術, 植物(wù)DNA條形碼在生(shēng)态、進化和生(shēng)物(wù)多樣性保護等多個領域發揮着重要作用。當然, 在成爲适用性更強、方法論更成熟的技術手段之前, 植物(wù)DNA條形碼仍有待完善,其在發展過程中(zhōng)遇到的部分(fēn)難題可通過學科融合和技術革新逐漸得到解決。