DNA條形碼技術在漁業資源研究中的應用展望

李樂康，張頌，王先勇，方磊

摘要：從DNA條形碼技術的研究現狀、篩選要求、鑒定優勢等方面進行了介紹，并歸納總結了DNA條形碼技術在漁業資源研究中的優勢、應用方向，以及可能遇到的問題，以期對漁業資源研究中的DNA條形碼應用提供參考。

關鍵詞：DNA 條形碼;漁業資源;物種鑒定

中圖分類號：R282.5 ?S932 ? ?文獻標識碼：A

DNA條形碼技術是一種物種鑒定新技術，2003年，由加拿大生物分類學家Paul Hebert等受到條形碼技術的啟發，首次正式提出DNA條形碼的概念[1]，即利用DNA的線性核苷酸排列建立類似的條形碼，得到了生物學界的普遍認可并迅速發展。2004年生物條形碼聯盟成立，2007年加拿大Guelph大學組建了第一個DNA barcoding鑒定中心，2009年“國際生命條形碼計劃”正式啟動。DNA條形碼技術是指通過基因組內一段足夠變異的、較短的標準DNA片段來建立DNA標記與物種信息之間的一一對應關系，從而建立一種生物信息識別系統，實現對物種的快速、準確鑒定[2-3]。

漁業資源又稱水產資源，是指水域中具有開發利用價值的魚、甲殼類、貝、藻和海獸類等經濟動植物的總體。漁業資源的儲備量和生物多樣性是漁業可持續發展的基礎。一直以來我國都是漁業大國，2016年全社會漁業經濟總值達到了23662.29億元。但隨著社會發展和環境變化，一些種群退化、甚至遭到滅絕，維持最大程度的生物多樣性被認為具有更大的迫切性。因此，正確的認識和區分物種十分重要，DNA條形碼技術作為分類學中新興的方便、快捷、準確的鑒定手段，實現對物種的快速識別。

1 ?DNA條形碼技術的研究現狀

目前，動物、植物、微生物物種的DNA條形碼都得到了各方學者的普遍關注和廣泛研究，其中動物DNA條形碼研究進行的最早。2003年Hebert等比較了11門13320個擁有相近親緣關系的同屬物種COI序列，發現種間差異約11.3%，而種內差異僅約為1%。另外通過研究線粒體基因色素細胞C氧化酶亞單位I（COI）的結構、突變特點、攜帶的進化信息及引物通用性設計等方面的特點，綜合考慮，提出使用該基因片段（約650bp）作為動物的DNA條形碼[4]。目前該基因片段所為DNA條形碼已經在魚類[5-6]、鳥類[7-9]、節肢動物[10]、軟體動物[11]、哺乳類[12]、兩棲類[13]等動物的研究上獲得了成功，對動物物種的分辨率達到了95%[14]，COI已被國際生命條形碼聯盟確定為動物物種鑒定的標準條形碼[15]。植物的線粒體遺傳分化小、進化速度慢，因此COI基因片段并不適合植物條形碼的研究[16-17]。2009年墨西哥召開的第三屆國際DNA條形碼會議上，國際生命條形碼聯盟植物工作組初步確定了葉綠體基因片段rbcL和matK聯合使用作為植物DNA條形碼的標準片段[18]。微生物DNA條形碼的研究工作主要集中在真菌類群，ITS已經廣泛應用與真菌的分類鑒定中，對真菌物種的分辨率達到72%[19-21]。

2 ?DNA條形碼的篩選要求

理想的DNA條形碼應滿足的標準為[22-23]：

2.1 ?合適的進化速率

在生物進化的過程中，DNA進化的速率不同，候選條形碼的序列需要具備合適的進化速率，種間差異大，種內差異小，存在條形碼間隙;

2.2 ?足夠的遺傳信息

候選條形碼的DNA序列需具備足夠多的遺傳信息，便于區分不同等級的生物物種;

2.3 ?實現標準化

對不同物種、不同類群實現DNA標準化操作，使用同一位點;

2.4 ?序列保守

候選序列兩端具有高度保守性，便于設計物種間的通用引物，易于擴增，且序列長度應便于擴增，且能夠完成破損樣本的DNA分析。

3 ?DNA條形碼的鑒定優勢

地球上生物種類豐富，達到一百五十多萬種[24]，傳統的分類學鑒定是依照形態學及解剖學特征，并按照林奈雙名法命名分類。然而，能夠分類鑒定的物種僅占15%[25]，人類的識別能力有限，傳統的分類學專家也越來越少，分類學科發展滯后。相比于傳統的分類學鑒定，DNA條形碼具有明顯的優勢[23、26-29]，具體包括：

⑴操作簡單、方便、快捷，借助標準化操作和數據庫，可以實現大規模樣本的鑒定，并且對操作人員的專業技能并沒有過高的要求，非專業人員經過培訓也可操作;

⑵準確性高，被確定為DNA條形碼的序列具有特異性且非常穩定，會避免傳統分類學出現的因性別、分類階段或環境條件造成的表型變化和工作人員的主觀經驗引起鑒定錯誤，可以發現新種;

⑶樣本要求低，樣本個體非常小或非常大不易獵殺以及降解的樣本均能進行鑒定，例如真菌、胃里面的食物碎片、排泄物和腐蝕樣本;

⑷信息共享方便，有專門的數據庫，信息進行不斷的補充和更新，數據庫不斷完善。

4 ?DNA條形碼在漁業資源研究中的應用方向

4.1 ?漁業資源生物多樣性的保護和系統發育進化研究

我國漁業資源種類豐富，按水域分為內陸水域漁業資源和海洋漁業資源，生物多樣性位居世界前列，如今，隨著人類活動的過多干預，一些水生生物種群退化，還有很多種類遭受到了嚴重的威脅，比如江豚，更有的物種如白鱀豚走向滅絕。如何科學有效的保護生物多樣性已經成為保護漁業資源最重要的任務，DNA條形碼技術除了快速、高效的鑒定物種外，更能準確的計算出多樣性指數，預測生物多樣性格局，促進生物多樣性的研究[30-31]。之前的研究表明，群落結構定位是否準確由系統發育關系正確與否決定，DNA條形碼通過對基因序列的分析及數據處理，構建生物系統發育關系圖譜，完善人類對生物進化關系的認識，可以彌補傳統分類和研究的不足。Zemlak等利用DNA條形碼技術，成功重建了印度洋近海和遠海的35種代表魚類系統分類關系[32]，Wong等利用DNA條形碼技術更好的研究了鯊魚種內變異情況[33]。

4.2 ?珍稀水生野生動物的科學保護和有效監管

我國有很多珍稀水生動物資源，在我國重點保護野生動物名錄中，列入世界自然保護聯盟IUCN瀕危、極危級別的就約有35種，保護珍貴、瀕危水生野生動植物及其棲息地對維護生態平衡，維持生態資源可持續發展至關重要。此外，我國大量的珍稀物種包括水生生物被國外研究人員或商業機構通過多種途徑帶出國門，對我國的生物資源造成了極大損失[34]，非法交易也是目前國際上難以有效避免的難題，傳統的技術手段很難對珍稀的生物資源進行有效鑒定，DNA條形碼技術不但可以快速鑒別物種，還不受物種形態的影響，局部組織或經過處理的樣本也能有效區分，從而提升海關等政府部門對生物資源有效監管和保護的能力。DNA條形碼建立的大規模數據庫也為如何科學保護水生野生動物提供有利參考。Armstrong等對10年內新西蘭邊境截獲的石蠅標本COI序列進行分析發現，鑒定結果與傳統手段的結果高度一致，但卻大大縮短了鑒定時間[35]。

4.3進行有害水生生物和入侵水生生物的研究

社會發展的不斷進步加速了國球一體化進程，國內、國際貿易往來和旅游業的快速發展也增加了外來物種入侵和有害生物傳播的幾率，檢驗檢疫機構是我國生態安全的重要屏障，然而樣品數量的激增和通過形態特征鑒定的效率低下已經不能滿足相關業務的需要，遇到形態特征模糊不清的樣本，如殘片、糞便、卵等，更加難以用傳統的手段進行鑒別，DNA條形碼進行有害生物和入侵物種鑒定具有相當顯著的優勢，可以輔助傳統手段對檢驗檢疫工作嚴格把關，維護我國生態安全不受侵害。

5 ?展望

DNA條形碼技術研究還有很多制約因素，完整的數據化平臺建立需要采集大量的樣本，整合大數據進行DNA條形碼資源的共享，現在的研究水平，數據庫生物多樣性信息還不完善，DNA條形碼技術的應用還具有局限性。此外，地理隔離對物種的影響讓鑒定結果存在不確定性，Sperling研究了大量昆蟲的COI序列發現，至少四分之一的物種不容易根據序列來區分[36]，因此，作為DNA條形碼的基因需要進一步研究。DNA條形碼技術建立以來，取得了豐碩的研究成果，雖然這一技術還存在質疑，但是其對分類學研究的推動和應用意義毋庸置疑，前景十分光明，其與傳統分類學相結合，必定會成為生物學研究的一種重要工具。在漁業資源的研究中，DNA條形碼技術也會發揮其優勢，推動我國漁業資源的研究與保護，推動水產科研事業的更好發展。

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