科學家在種子植物DNA條形碼研究方面取得重要進展

　　DNA條形碼(DNA Barcoding)是利用標準基因片段對物種進行快速和準確鑒定的新技術。加拿大科學家Paul Hebert等于2003年提出這一概念后，DNA條形碼已成為生物學領域發展最迅速的學科前沿之一。線粒體細胞色素C氧化酶基因CO1由于其引物通用性高、長度合適、進化速率較快、可以區分近緣物種等優點，已成為較為理想的動物DNA條形碼。隨后，Hebert等人發起了“國際生命條形碼計劃”，并提出了實施方案框架。

　　由于植物線粒體基因進化速率較慢，CO1基因不能用做植物DNA條形碼。篩選有效的植物DNA條形碼已成為國際生命條形碼研究的首要任務之一。從2005年至今，美、英、韓等國多個研究組提出了若干個植物DNA條形碼或條形碼組合的動議。2009年8月，國際生命條形碼聯盟（CBOL）植物工作組推薦rbcL+matK組合作為陸生植物的DNA條形碼，在同年11月被第三屆國際生命條形碼大會確定為核心條形碼。由于該組合條形碼尚存在研究樣本量偏小和物種分辨率低等問題，大會建議trnH-psbA和ITS作為輔助條形碼，并在2011年下半年前對相關條碼進行進一步評價，以最終確定通用的植物DNA條形碼。

　　作為對國際生命條形碼聯盟這一建議的回應，2009年8月起，在中國科學院大科學裝置開放研究項目“依托種質資源庫的植物DNA條形碼研究”的支持下，中國科學院昆明植物研究所李德銖研究員聯合全國19個科研院所和高校62名研究人員組成的“中國植物條形碼研究團隊（China Plant BOL Group）” (名單見http://english.kib.cas.cn/images/2011-10-28.pdf)，深入開展了種子植物DNA條形碼的研究。研究團隊根據對主要來自中國的種子植物75科141屬1757種共約6286個樣本（每個種至少2個樣本）的四個DNA候選條形碼片段（rbcL, matK, trnH-psbA和ITS）引物通用性、序列質量和物種分辯率等的綜合分析，發現三個質體DNA候選條形碼片段具有較高的通用性；核糖體核DNA候選條形碼ITS在被子植物中的通用性較高，而在裸子植物中稍低。研究還發現，ITS具有最高的物種分辯率，與三個質體DNA條形碼片段的任何一個組合均可分辨69.9-79.1%的物種，顯著高于rbcL +matK條形碼組合49.7%的分辨率。此外，ITS的部分序列ITS2也表現出較高的物種分辨率。因此，研究團隊建議將ITS作為種子植物的核心DNA條形碼（rbcL+matK +ITS)，同時強調了利用多個樣本取樣和不同遺傳方式的DNA片段開展植物DNA條形碼研究的重要性。

　　該文于11月18日在線發表于《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences USA）（China Plant BOL Group 2011, PNAS, 108: 19641–19646. doi: 10.1073/pnas.1104551108）。

　　繼2009年由10個國家24個研究單位52名研究人員組成的CBOL植物工作組對7個植物DNA候選條形碼片段評價后，“中國植物條形碼研究團隊”的此項研究是組織規模最大、獲得數據量最豐富和參加人員最多的一項。該文也是該研究團隊2011年5月在Journal of Systematics and Evolution組織發表“中國植物DNA條形碼研究”專輯后又一重要研究成果。國際生命條形碼聯盟植物工作組主席Pete Hollingsworth教授應邀發表專題評論（PNAS, doi: 10.1073/pnas.1116812108），對中國研究團隊的工作給予了高度評價。他指出，研究團隊通過大樣本取樣的比較分析，對ITS序列的優缺點進行了綜合評估，對將ITS納入植物條形碼的常規運用提供了有說服力的研究案例。他強調，該文的發表代表將DNA序列數據納入植物物種水平分類和鑒定常規應用邁出了重要一步。