DNA條形碼技術(shù)的概況及其在大型海藻中的應(yīng)用

摘 要:隨著DNA條形碼技術(shù)的不斷發(fā)展，資源豐富的條形碼序列信息可供研究者進(jìn)行各個(gè)物種的研究工作，藻類分類學(xué)家也做了各種各樣的嘗試，開發(fā)有效的DNA條形碼序列進(jìn)行相關(guān)藻種的鑒定，目前的條形碼如RBCL、ITS均在石莼屬等物種鑒定工作中取得了一定的效果。

關(guān)鍵詞:DNA條形碼 海藻 鑒定 綠潮

中圖分類號(hào):Q19文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)06(c)-0247-01

1 DNA條形碼的發(fā)展

由于形態(tài)學(xué)鑒定所固有的這些缺點(diǎn)，使得物種多樣性的鑒定遇到了技術(shù)上的瓶頸，人們開始嘗試著尋找一種更為科學(xué)的鑒定方法，DNA條形碼技術(shù)成為了一種令人振奮的技術(shù)手段。目前這種技術(shù)手段已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到了一些形態(tài)差異較小的種群之中，如細(xì)菌、病毒、原生動(dòng)物等[1]。

在動(dòng)物中，線粒體基因組相對(duì)于核基因組而言已經(jīng)成為了更為關(guān)注的研究對(duì)象，是分子分類學(xué)家尋找DNA條形碼的重點(diǎn)。這主要是由于它在基因中缺少內(nèi)含子的區(qū)域，重組中受限制和單倍體遺傳模式等特點(diǎn)[2]。早一些的研究主要集中在線粒體中編碼核糖體(12S 16S)的基因中。但是這些基因的廣泛應(yīng)用受到了一定的限制，其限制主要來自月自身的堿基插入突變或移碼突變，由于突變而使比對(duì)的復(fù)雜性增加。理論上任何基因都沒有強(qiáng)制優(yōu)先作為條形碼的理由，但是COI的出現(xiàn)后其對(duì)于其他的線粒體基因的確有著無法比擬的優(yōu)勢。與其他編碼蛋白的基因一樣，其密碼子的第三位堿基有一定的簡并性，使它的分子水平的進(jìn)化率高于如12S或16S等一般線粒體基因3倍之多，事實(shí)上，此基因的進(jìn)化水平不但可以分辨種間的物種，甚至可以分辨種內(nèi)的不同個(gè)體。雖然也會(huì)有其它的基因能夠與它的進(jìn)化速度相當(dāng)，但是它能夠來進(jìn)行更為深入的系統(tǒng)發(fā)生分析。

2 DNA條形碼在海洋藻類中的應(yīng)用

目前，DNA條形碼在海洋中的大型藻類鑒定方面的應(yīng)用取得了良好的效果。海藻僅憑形態(tài)學(xué)特點(diǎn)非常難于鑒定，DNA條形碼已經(jīng)被證明是一種良好的工具輔助褐藻(phaephyceae)和紅藻(Rgodophyta)的鑒定[4]。雖然DNA條形碼技術(shù)已經(jīng)在紅藻和褐藻的分類學(xué)中取得良好的效果，但是綠藻，尤其是羽藻屬、石莼屬，DNA條形碼在其方面的應(yīng)用仍需要進(jìn)一步的進(jìn)行開發(fā)。

目前許多標(biāo)記已經(jīng)設(shè)計(jì)出來針對(duì)不同藻種種進(jìn)行分類，在紅藻、褐藻中COI-5P已經(jīng)在眾多檢測中被證明是最為有效的，其鑒定結(jié)果被研究者廣泛的接受，并被應(yīng)用到了條形碼各個(gè)領(lǐng)域的工作中，但是盡管不斷的對(duì)其進(jìn)行最適合引物的設(shè)計(jì)，研究依舊不能設(shè)計(jì)出有效的引物，原因可能是由于缺乏綠藻線粒體序列，到現(xiàn)在為止，僅僅有兩種綠藻的線粒體基因組已經(jīng)公開發(fā)表，但是為了綠藻分類地位和多樣性研究開發(fā)COI-5P作為其條形碼的最大的阻礙，是COI基因中含有含有內(nèi)含子，這些因素使得COI-5P很難應(yīng)用在綠藻的分類地位和多樣性的研究方面，最終，研究者放棄了COI-5P序列作為綠藻的條形碼序列。

對(duì)于綠藻分類地位和多樣性的條形碼研究，學(xué)者們選取了多種標(biāo)記基因作為DNA條形碼的候選基因，其中RBCL已經(jīng)是最為廣泛的一個(gè)選擇，自從植物DNA條形碼研究開展以來，并建立了RBCL序列信息庫已經(jīng)有許多的研究者在針對(duì)海洋大型綠藻的研究中應(yīng)用RBCL作為其分類鑒定的標(biāo)記基因，取得了良好的效果，

TufA在綠藻中是編碼葉綠體合成蛋白延伸因子Tu(EF-Tu)。而在高等的動(dòng)植物中，它逐漸過渡到了細(xì)胞核基因組中，在綠藻鑒定中得到了廣泛的應(yīng)用，它的優(yōu)點(diǎn)在于在相關(guān)綠藻的tufA序列數(shù)據(jù)中幾乎都不含有內(nèi)含子[5]。

核基因組核糖體轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)序列ITS是在真核生物中，基因組的18SrDNA、5.8SrDNA和28SrDNA構(gòu)成了ITS序列，其特點(diǎn)是，ITS1和ITS2所包含的序列高度可變，而5.8SrDNA則相對(duì)保守，因此具有良好的區(qū)分種間和種內(nèi)的變異度，又因其片段長度在綠藻中大約為700bp～800bp左右，一個(gè)測序反應(yīng)即可測通其序列，簡單有效[6]。

經(jīng)過Saunder的大量樣品實(shí)驗(yàn)的總結(jié)，TUFA基因相對(duì)與RBCL、ITS等基因，序列內(nèi)部不含內(nèi)含子，故有著較高的擴(kuò)增效率。所以認(rèn)為它是目前最為有效的綠藻條形碼候選基因，TUFA一方面能夠?qū)G藻能夠進(jìn)行較為合理的鑒定;另一方面引物設(shè)計(jì)更加方便且適用范圍廣，盡管它也有著自身的不足之處:較ITS等序列其變異度較小。但是其分辨藻種的效果確實(shí)明顯的，但是針對(duì)剛毛藻屬，TUFA設(shè)計(jì)的引物均無法全面有效的擴(kuò)增，因此需要分類學(xué)者進(jìn)一步開發(fā)設(shè)計(jì)通用性更強(qiáng)的引物。

參考文獻(xiàn)

[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 Volume 48，Number4，427～434.

[3]Simmons，R.B.Weller，S.J.2001 Utility and evolution of cytochrome b in insects.Mol.Phylogenet.Evol.20，196～210.

[4]Saunders G.W 2005.Applying DNA barcoding to red macroalgae:a preliminary appraisal holds promise for future applications.Philos.Trans.R.Soc.Lond.B Biol.Sci.360:1879～88.

[5]SHERWOOD A.R.PRESTING G.G.，2007—Universal primers amplify a23S rDNA plastid marker in eukaryotic algae and cyanobacteria.Journal of phycology43:605～608.

[6]汪文俊，王飛久，陳松，等.滸苔ITS區(qū)的擴(kuò)增和分析[J].海洋水產(chǎn)研究，2008，29(5):520～921.