DNA條形碼技術的概況及其在大型海藻中的應用

摘 要:隨著DNA條形碼技術的不斷發展，資源豐富的條形碼序列信息可供研究者進行各個物種的研究工作，藻類分類學家也做了各種各樣的嘗試，開發有效的DNA條形碼序列進行相關藻種的鑒定，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。

關鍵詞:DNA條形碼 海藻 鑒定 綠潮

中圖分類號:Q19文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)06(c)-0247-01

1 DNA條形碼的發展

由于形態學鑒定所固有的這些缺點，使得物種多樣性的鑒定遇到了技術上的瓶頸，人們開始嘗試著尋找一種更為科學的鑒定方法，DNA條形碼技術成為了一種令人振奮的技術手段。目前這種技術手段已經廣泛的應用到了一些形態差異較小的種群之中，如細菌、病毒、原生動物等[1]。

在動物中，線粒體基因組相對于核基因組而言已經成為了更為關注的研究對象，是分子分類學家尋找DNA條形碼的重點。這主要是由于它在基因中缺少內含子的區域，重組中受限制和單倍體遺傳模式等特點[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，由于突變而使比對的復雜性增加。理論上任何基因都沒有強制優先作為條形碼的理由，但是COI的出現后其對于其他的線粒體基因的確有著無法比擬的優勢。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化率高于如12S或16S等一般線粒體基因3倍之多，事實上，此基因的進化水平不但可以分辨種間的物種，甚至可以分辨種內的不同個體。雖然也會有其它的基因能夠與它的進化速度相當，但是它能夠來進行更為深入的系統發生分析。

2 DNA條形碼在海洋藻類中的應用

目前，DNA條形碼在海洋中的大型藻類鑒定方面的應用取得了良好的效果。海藻僅憑形態學特點非常難于鑒定，DNA條形碼已經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條形碼技術已經在紅藻和褐藻的分類學中取得良好的效果，但是綠藻，尤其是羽藻屬、石莼屬，DNA條形碼在其方面的應用仍需要進一步的進行開發。

目前許多標記已經設計出來針對不同藻種種進行分類，在紅藻、褐藻中COI-5P已經在眾多檢測中被證明是最為有效的，其鑒定結果被研究者廣泛的接受，并被應用到了條形碼各個領域的工作中，但是盡管不斷的對其進行最適合引物的設計，研究依舊不能設計出有效的引物，原因可能是由于缺乏綠藻線粒體序列，到現在為止，僅僅有兩種綠藻的線粒體基因組已經公開發表，但是為了綠藻分類地位和多樣性研究開發COI-5P作為其條形碼的最大的阻礙，是COI基因中含有含有內含子，這些因素使得COI-5P很難應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。

對于綠藻分類地位和多樣性的條形碼研究，學者們選取了多種標記基因作為DNA條形碼的候選基因，其中RBCL已經是最為廣泛的一個選擇，自從植物DNA條形碼研究開展以來，并建立了RBCL序列信息庫已經有許多的研究者在針對海洋大型綠藻的研究中應用RBCL作為其分類鑒定的標記基因，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)。而在高等的動植物中，它逐漸過渡到了細胞核基因組中，在綠藻鑒定中得到了廣泛的應用，它的優點在于在相關綠藻的tufA序列數據中幾乎都不含有內含子[5]。

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

經過Saunder的大量樣品實驗的總結，TUFA基因相對與RBCL、ITS等基因，序列內部不含內含子，故有著較高的擴增效率。所以認為它是目前最為有效的綠藻條形碼候選基因，TUFA一方面能夠對綠藻能夠進行較為合理的鑒定;另一方面引物設計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明顯的，但是針對剛毛藻屬，TUFA設計的引物均無法全面有效的擴增，因此需要分類學者進一步開發設計通用性更強的引物。

參考文獻

[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區的擴增和分析[J].海洋水產研究，2008，29(5):520～921.