中国学者PNAS解析DNA条形码

　　

生物通报道：来自中国科学院昆明植物研究所的研究人员发表了题为“Comparative analysis of a large dataset indicates that internal transcribed spacer (ITS) should be incorporated into the core barcode for seed plants”的文章，根据对主要来自中国的种子植物约6286个样本的四个DNA候选条形码片段引物通用性、序列质量和物种分辩率等的综合分析，发现三个质体DNA候选条形码片段具有较高的通用性，进一步分析了种子植物DNA条形码，相关研究成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。

DNA条形码(DNA Barcoding)是利用标准基因片段对物种进行快速和准确鉴定的新技术。加拿大科学家Paul Hebert等于2003年提出这一概念后，DNA条形码已成为生物学领域发展最迅速的学科前沿之一。线粒体细胞色素C氧化酶基因CO1由于其引物通用性高、长度合适、进化速率较快、可以区分近缘物种等优点，已成为较为理想的动物DNA条形码。随后，Hebert等人发起了“国际生命条形码计划”，并提出了实施方案框架。

由于植物线粒体基因进化速率较慢，CO1基因不能用做植物DNA条形码。筛选有效的植物DNA条形码已成为国际生命条形码研究的首要任务之一。从2005年至今，美、英、韩等国多个研究组提出了若干个植物DNA条形码或条形码组合的动议。2009年8月，国际生命条形码联盟（CBOL）植物工作组推荐rbcL+matK组合作为陆生植物的DNA条形码，在同年11月被第三届国际生命条形码大会确定为核心条形码。由于该组合条形码尚存在研究样本量偏小和物种分辨率低等问题，大会建议trnH-psbA和ITS作为辅助条形码，并在2011年下半年前对相关条码进行进一步评价，以最终确定通用的植物DNA条形码。

作为对国际生命条形码联盟这一建议的回应，2009年8月起，在中国科学院大科学装置开放研究项目“依托种质资源库的植物DNA条形码研究”的支持下，中国科学院昆明植物研究所李德铢研究员联合全国19个科研院所和高校62名研究人员组成的“中国植物条形码研究团队（China Plant BOL Group）” ，深入开展了种子植物DNA条形码的研究。研究团队根据对主要来自中国的种子植物75科141属1757种共约6286个样本（每个种至少2个样本）的四个DNA候选条形码片段（rbcL, matK, trnH-psbA和ITS）引物通用性、序列质量和物种分辩率等的综合分析，发现三个质体DNA候选条形码片段具有较高的通用性；核糖体核DNA候选条形码ITS在被子植物中的通用性较高，而在裸子植物中稍低。研究还发现，ITS具有最高的物种分辩率，与三个质体DNA条形码片段的任何一个组合均可分辨69.9-79.1%的物种，显著高于rbcL +matK条形码组合49.7%的分辨率。此外，ITS的部分序列ITS2也表现出较高的物种分辨率。因此，研究团队建议将ITS作为种子植物的核心DNA条形码（rbcL+matK +ITS)，同时强调了利用多个样本取样和不同遗传方式的DNA片段开展植物DNA条形码研究的重要性。

国际生命条形码联盟植物工作组主席Pete Hollingsworth教授应邀发表专题评论，对中国研究团队的工作给予了高度评价。他指出，研究团队通过大样本取样的比较分析，对ITS序列的优缺点进行了综合评估，对将ITS纳入植物条形码的常规运用提供了有说服力的研究案例。他强调，该文的发表代表将DNA序列数据纳入植物物种水平分类和鉴定常规应用迈出了重要一步。

原文摘要：

Comparative analysis of a large dataset indicates that internal transcribed spacer (ITS) should be incorporated into the core barcode for seed plants

A two-marker combination of plastid rbcL and matK has previously been recommended as the core plant barcode, to be supplemented with additional markers such as plastid trnH–psbA and nuclear ribosomal internal transcribed spacer (ITS). To assess the effectiveness and universality of these barcode markers in seed plants, we sampled 6,286 individuals representing 1,757 species in 141 genera of 75 families (42 orders) by using four different methods of data analysis. These analyses indicate that (i) the three plastid markers showed high levels of universality (87.1–92.7%), whereas ITS performed relatively well (79%) in angiosperms but not so well in gymnosperms; (ii) in taxonomic groups for which direct sequencing of the marker is possible, ITS showed the highest discriminatory power of the four markers, and a combination of ITS and any plastid DNA marker was able to discriminate 69.9–79.1% of species, compared with only 49.7% with rbcL + matK; and (iii) where multiple individuals of a single species were tested, ascriptions based on ITS and plastid DNA barcodes were incongruent in some samples for 45.2% of the sampled genera (for genera with more than one species sampled). This finding highlights the importance of both sampling multiple individuals and using markers with different modes of inheritance. In cases where it is difficult to amplify and directly sequence ITS in its entirety, just using ITS2 is a useful backup because it is easier to amplify and sequence this subset of the marker. We therefore propose that ITS/ITS2 should be incorporated into the core barcode for seed plants.

作者简介：

李德铢

　　主要学术成就：已发表植物学相关研究领域学术论文90余篇，其中SCI和ISTP收录论文40余篇，完成专著1部，参加编写专著（译著）15部。作为项目参加人获云南省自然科学一等奖和二等奖各1项。

个人简历
　　1963年11月生于江西省南康市。现任中国科学院昆明植物研究所所长，研究员，博士生导师。1983年毕业于江西农业大学林学系，获学士学位；1986年在西南林学院获硕士学位；1990年4月在中国科学院昆明植物研究所获理学博士学位；1993年任昆明植物研究所副研究员；1993年赴英国爱丁堡皇家植物园做博士后研究; 1994年转入剑桥大学植物科学系暨植物园做第二期博士后兼Emmanuel学院研究员。1996年当选为林奈学会会员(Fellow of the Linnean Society)。1996年底回国，被特批为研究员。1997年获国家杰出青年科学基金资助，同年入选中国科学院“****”。1998年获第六届中国青年科技奖和首届云南青年科技奖。1997年9月至2005年10月任中国科学院昆明植物研究所副所长。2004年入选首批“新世纪百千万人才工程”国家级人选，同年被英国爱丁堡皇家植物园聘为荣誉研究员。2010年因其在促进中英两国植物学合作关系方面所做出的杰出的个人贡献,而被英女王代表约克公爵安德鲁王子殿下授予大英帝国荣誉官佐勋章。