DNA條形碼在入侵植物鑒定中的應(yīng)用進(jìn)展

田旭飛， 曲　波

沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110866

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DNA條形碼在入侵植物鑒定中的應(yīng)用進(jìn)展

田旭飛， 曲波*

沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110866

摘要:生物入侵對(duì)世界經(jīng)濟(jì)、環(huán)境造成了巨大的影響,已經(jīng)成為世界關(guān)注的焦點(diǎn)。傳統(tǒng)的海關(guān)檢驗(yàn)方法存在鑒定緩慢、準(zhǔn)確率低、鑒定專(zhuān)家稀缺等問(wèn)題，因此急需一種鑒定率高、操作簡(jiǎn)單和快速的方法對(duì)入侵植物的繁殖體進(jìn)行精確的鑒別。DNA條形碼是一種基于DNA序列差異進(jìn)行物種鑒定的技術(shù)，鑒定結(jié)果只受樣品組織內(nèi)DNA保存狀況影響，不受形態(tài)學(xué)性狀保存狀態(tài)影響，只需掌握簡(jiǎn)單分子生物學(xué)技術(shù)的工作人員即可實(shí)現(xiàn)對(duì)未知樣品的鑒定，在入侵植物檢疫鑒定中有很大的應(yīng)用潛力。根據(jù)入侵植物進(jìn)化快、變異多的特點(diǎn)，可優(yōu)先考慮種間、種內(nèi)差異度高的ITS基因作為核心條形碼，再以matK和rbcL基因?yàn)檩o助條形碼。本文分析了植物DNA條形碼技術(shù)及其衍生出的超級(jí)DNA條形碼和metabarcoding技術(shù)在入侵植物鑒定中的應(yīng)用潛力，提出構(gòu)建入侵植物DNA條形碼參考數(shù)據(jù)庫(kù)與智能植物志(iFlora)相結(jié)合，為利用DNA條形碼技術(shù)對(duì)入侵植物進(jìn)行快速鑒定和相關(guān)研究提供參考。

關(guān)鍵詞:DNA條形碼； 入侵植物； 超級(jí)DNA條形碼； metabarcoding； 智能植物志

生物入侵已經(jīng)成為一個(gè)極其嚴(yán)峻的問(wèn)題，如今甚至可以和能源問(wèn)題相提并論，成為世界難題，每年給世界造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失(李振宇和解焱，2002; Pimenteletal.,2000)。入侵植物一般具有強(qiáng)大的適應(yīng)能力，在自然條件下比本地植物的生存和繁殖能力更強(qiáng)，基本都能快速擴(kuò)散形成單優(yōu)群落，占據(jù)生態(tài)位，導(dǎo)致當(dāng)?shù)厣锒鄻有韵陆瞪踔羻适?，?yán)重威脅生態(tài)健康；入侵植物也可加劇許多珍貴瀕危物種的滅絕，據(jù)統(tǒng)計(jì)，35%～46%的瀕危物種因生物入侵而出現(xiàn)滅絕(張偉亮等，2006)。此外，某些入侵植物帶有特殊的病原菌或本身含有某種有毒成分，威脅人們的健康，如豚草AmbrosiaartemisiifoliaL.的花粉容易引起過(guò)敏、咳嗽、哮喘，甚至導(dǎo)致死亡，其還是枯草熱的主要病源。

入侵生物的傳播途徑主要有3種:(1)有意識(shí)引進(jìn)，即人為引進(jìn)具有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值、實(shí)用價(jià)值的物種，最后演變?yōu)槿肭址N，如鳳眼蓮Eichhorniacrassipes(Mart.) Solms；(2)無(wú)意識(shí)引進(jìn)，即隨貿(mào)易、運(yùn)輸、旅游等活動(dòng)傳入的物種演變而成的入侵種；(3)自然入侵，即通過(guò)物種自身的擴(kuò)散能力或借助自然條件而實(shí)現(xiàn)的入侵。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)入侵植物已逾500種，而其中約有50%是由于檢疫疏漏，隨貿(mào)易品、運(yùn)輸工具等方式引進(jìn)，即無(wú)意識(shí)引進(jìn)(閆小玲等，2014)。當(dāng)今是經(jīng)濟(jì)全球化的時(shí)代，人為活動(dòng)范圍擴(kuò)大，海關(guān)運(yùn)輸、進(jìn)出口貿(mào)易量與日俱增，隨之而來(lái)就是對(duì)檢驗(yàn)檢疫工作的挑戰(zhàn)。檢疫工作面臨業(yè)務(wù)量大、鑒定專(zhuān)家匱乏、人力不足等諸多難題，且目前植物物種鑒定以傳統(tǒng)的形態(tài)學(xué)鑒定為主，具有很大的局限性。如繁殖體難以鑒定，其主要以果實(shí)或種子形態(tài)出現(xiàn)，形態(tài)學(xué)信息不足，且繁殖體通常夾雜在糧食、羊毛及交通工具中，運(yùn)輸時(shí)會(huì)發(fā)生磨損，形態(tài)學(xué)信息進(jìn)一步丟失(伏建國(guó)等，2012)。因此，如何快速檢疫、鑒定攜帶或夾帶的植物樣本或種子是一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題。DNA條形碼技術(shù)正是解決此問(wèn)題的有效途徑。

2003年，Hebertetal.(2003)首次提出了以基因序列作為鑒別不同物種的“條形碼”，即DNA條形碼(DNA barcoding)。DNA條形碼是一種基于DNA序列鑒定生物物種的技術(shù)，即利用標(biāo)準(zhǔn)化的一個(gè)或幾個(gè)DNA片段進(jìn)行序列分析，根據(jù)核苷酸序列差異，對(duì)物種進(jìn)行快速和準(zhǔn)確的鑒定。與傳統(tǒng)的鑒定方法相比，植物DNA條形碼技術(shù)具有快速、精準(zhǔn)的特點(diǎn)，并且不受植物樣本生長(zhǎng)狀態(tài)及性狀的限制，只需一小片能提取出DNA的組織碎片即可鑒定樣本(Hibertetal.,2013； Valentinietal.,2009； Yoccoz,2012; Yoccozetal.，2012)。DNA條形碼提出至今雖僅有十幾年，但發(fā)展迅速，取得了很大的成就，已經(jīng)由當(dāng)初單一的物種鑒定與分類(lèi)成功地應(yīng)用到其他領(lǐng)域，如進(jìn)化生態(tài)學(xué)、分子系統(tǒng)學(xué)、生物多樣性研究等。由此可見(jiàn)，植物DNA條形碼在入侵植物研究中有巨大的應(yīng)用潛力。

目前已經(jīng)有學(xué)者提出將DNA條形碼技術(shù)應(yīng)用于生物入侵的防治與鑒定中(陳士林等，2013； Shneyer，2009)，并對(duì)一些入侵生物進(jìn)行了研究(龔秀澤等，2014； 魏曉雅等，2014； Nagoshietal.，2011)。但大多以動(dòng)物為研究對(duì)象，有關(guān)植物DNA條形碼技術(shù)在植物入侵方面的系統(tǒng)研究較少。

1入侵植物DNA條形碼的篩選

1.1標(biāo)準(zhǔn)DNA條形碼的選擇

標(biāo)準(zhǔn)的條形碼必須有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，才能用一段或多段基因片段盡可能多地對(duì)物種進(jìn)行鑒別和分類(lèi)。DNA條形碼的選取標(biāo)準(zhǔn)有2個(gè)方面:(1)片段具有足夠的變異性，以鑒別不同的物種，區(qū)分不同的分類(lèi)群；(2)片段大小適中，并且兩端具有相對(duì)保守序列，便于使用通用引物進(jìn)行擴(kuò)增和測(cè)序。

動(dòng)物線(xiàn)粒體中的線(xiàn)粒體細(xì)胞色素C氧化酶亞基Ⅰ(cytochrome c oxidase subunit 1,COⅠ)基因，包含約650 bp大小的DNA片段，是動(dòng)物界理想的條形碼(程希婷等，2011； 康曉龍和馮登偵，2012)。與動(dòng)物相比，植物的線(xiàn)粒體基因進(jìn)化緩慢，COⅠ基因不能用作植物DNA條形碼。植物葉綠體和核糖體的進(jìn)化速率快于線(xiàn)粒體，因此，植物學(xué)家推薦的潛在條形碼區(qū)域主要集中在核糖體間隔區(qū)和葉綠體基因組上。但是，植物基因組中并未找到一條像COⅠ基因在動(dòng)物界中一樣通用的序列，作為通用的植物DNA標(biāo)準(zhǔn)條形碼。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)適合作植物DNA條形碼的候選基因做了大量的探索與研究。Kressetal.(2005)、Kress & Erickson (2007)、Lahayeetal.(2008a、2008b)、Newmasteretal.(2006、2008)認(rèn)為，單個(gè)候選片段都有各自的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，并提出組合DNA條形碼形式作為植物DNA標(biāo)準(zhǔn)條形碼。我國(guó)學(xué)者劉宇婧等(2011)、寧淑萍等(2008)、任保青和陳之端(2010)、唐建陽(yáng)和周先治(2009)討論了植物DNA條形碼的單片段和多片段組合。結(jié)合所有的研究結(jié)果，生物條形碼聯(lián)盟(Consortium for the Barcode of Life，CBOL)建議將rbcL和matK作為核心條形碼片段，將ITS和trnH-psbA作為參考片段，使用這4種片段，可以逐級(jí)鑒別到科級(jí)、屬級(jí)、種級(jí)類(lèi)群(Hollingsworthetal.,2009)。

研究表明，入侵植物在進(jìn)入新地域時(shí)，會(huì)產(chǎn)生遺傳變異等適應(yīng)性進(jìn)化，這種進(jìn)化主要由環(huán)境壓力、奠基者效應(yīng)(founder effect)、遺傳漂變(genetic drift)以及雜交(hybridization)等作用所引起(馮玉龍等，2009； Bossdorfetal.,2005)。入侵我國(guó)的紫莖澤蘭AgeratinaadenophoraSpreng.由于受到地理距離、海拔和氣候等因素的影響，不同地理種群之間產(chǎn)生了一定程度的遺傳分化，這種豐富的遺傳多樣性對(duì)紫莖澤蘭快速適應(yīng)新環(huán)境有重要作用(Guietal.,2008)。此外，若入侵植物只是一次引入，在經(jīng)歷瓶頸效應(yīng)和奠基者效應(yīng)后，入侵種群遺傳多樣性低于原產(chǎn)地種群；若存在多次引入，則入侵種的遺傳多樣性不一定比原產(chǎn)地種群低，因?yàn)槎啻我霂?lái)了不同的基因型，使得入侵種群能保留足夠的遺傳變異，有些在原產(chǎn)地生殖隔離的種群甚至可在入侵地相互接觸發(fā)生種內(nèi)雜交，產(chǎn)生新的基因型(潘曉云等，2006； 施雯等，2010； Hollingsworthetal.,2009)。可見(jiàn)，入侵植物相對(duì)于一般植物進(jìn)化速度更快。只有選擇高靈敏度的DNA序列作為標(biāo)準(zhǔn)條形碼片段，才能準(zhǔn)確鑒別出可能已經(jīng)發(fā)生一定遺傳變異的入侵植物。目前，在熱門(mén)的植物DNA條形碼的候選片段中，并沒(méi)有公認(rèn)的在大多數(shù)植物中具有高分辨率的條形碼。核糖體內(nèi)轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)ITS(18S-5.8S-26S)認(rèn)可度很高，是植物分子鑒定中最常用的片段，ITS區(qū)段進(jìn)化速率快，同源性比對(duì)復(fù)雜。

“黃鶯花”由于色彩艷麗、栽培容易、價(jià)錢(qián)低廉，越來(lái)越受到人們的歡迎；但是其外形與惡性入侵植物加拿大一枝黃花SolidagocanadensiL.相似，因此學(xué)者們對(duì)其分類(lèi)地位一直存在分歧，為該入侵生物的防治工作造成了困難，甚至產(chǎn)生了執(zhí)法糾紛(馬玲和強(qiáng)勝，2007)。董瑩雪(2011)對(duì)來(lái)自我國(guó)華東、華中、西南和華南61個(gè)城市的入侵種群和日本、北美原產(chǎn)地的29個(gè)種群的加拿大一枝黃花,以及云南、連云港、南京等地市場(chǎng)上銷(xiāo)售的“黃鶯花”，共計(jì)356個(gè)樣本的ITS序列進(jìn)行了測(cè)序分析，結(jié)果顯示，加拿大一枝黃花與“黃鶯花”的ITS序列并無(wú)差異，即市場(chǎng)上銷(xiāo)售的“黃鶯花”就是入侵植物加拿大一枝黃花。徐晗等(2015)以新疆口岸進(jìn)境貨車(chē)截獲的未知植物果實(shí)為例，采用ITS、atpF-H、psbK-I3個(gè)通用條形碼片段分析，psbK-I序列僅能初步將未知樣品鑒定范圍鎖定在薔薇屬Rosasp.；atpF-H序列可以得出未知樣品與沼澤薔薇R.palustris和犬薔薇R.caninaL.的親緣關(guān)系較近；再通過(guò)ITS序列重建的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)可見(jiàn)，未知樣品與犬薔薇的相似度最高，最終確定該未知果實(shí)為原產(chǎn)于西亞的薔薇科薔薇屬犬薔薇。朱珣之和高婷(2014)分析了植物DNA條形碼序列ITS2片段在入侵植物中的鑒定能力，結(jié)果表明，ITS2序列在入侵物種及其近緣物種間存在明顯的遺傳差異，種間變異大于種內(nèi)變異，在17種常見(jiàn)入侵植物與36種近緣物種的300份樣品鑒定中成功率達(dá)95.5%。張偉等(2013)利用trnS-trnG、ndhF、waxy3個(gè)片段的DNA條形碼，對(duì)檢疫性雜草銀毛龍葵SolanumelaeagnifoliumCav.及其近緣種進(jìn)行了鑒定分析，結(jié)果顯示，銀毛龍葵可以成功從其近緣種中被鑒定出來(lái)，3個(gè)片段都有較強(qiáng)的分辨力及明顯的barcoding gap，可以作為茄屬植物的補(bǔ)充條形碼。

陳士林等(2013)針對(duì)中藥植物藥材中753屬4800種6600個(gè)樣品的研究結(jié)果顯示， ITS2序列具有良好的通用性，在種級(jí)水平上的分辨成功率可以達(dá)到92.7%。為此，該研究小組建議將ITS2序列作為植物DNA條形碼之一(韓建萍等，2012; Chenetal.,2010)。胡偉毅等(2014)通過(guò)蒼耳屬Xanthiumsp.(蒼耳屬中的瘤突蒼耳X.strumariumL.是一種惡性入侵植物)對(duì)psbA-trnH、ITS、ITS2、rbcL、matK等5種DNA條形碼候選基因做了研究對(duì)比，發(fā)現(xiàn)就蒼耳屬而言，ITS基因作為植物DNA條形碼比ITS2基因具有更好的穩(wěn)定性；作為植物DNA條形碼，matK基因優(yōu)于psbA-trnH基因，這對(duì)后續(xù)的入侵植物DNA條形碼篩選具有重要的借鑒意義。Sassetal.(2007)研究發(fā)現(xiàn)，ITS在屬水平上對(duì)蘇鐵目植物鑒定的成功率達(dá)80.9%，適于作為蘇鐵目植物的條形碼；但是由于序列存在長(zhǎng)的Poly-G、Poly-C和Poly-A，導(dǎo)致測(cè)序成功率低。由于核基因組具有多拷貝特性以及二級(jí)結(jié)構(gòu)問(wèn)題導(dǎo)致該片段擴(kuò)增、測(cè)序、比對(duì)困難。可見(jiàn)，ITS雖然有很多優(yōu)勢(shì)，但也有其局限性。

此外，matK也具有進(jìn)化速率快、片段大小合適、種間差異度高和堿基轉(zhuǎn)換/顛換數(shù)低的特點(diǎn)(Chaseetal.,2007; Selvarajetal.,2008)，但其引物通用性較差；rbcL基因引物通用性好，但只能準(zhǔn)確鑒別到屬。因此，在初期的入侵植物條形碼研究中，建議優(yōu)先考慮ITS基因，以matK和rbcL作為輔助基因。

1.2ultra-barcoding與metabarcoding技術(shù)的應(yīng)用

高通量測(cè)序技術(shù)的核心理念是邊合成邊測(cè)序，該測(cè)序技術(shù)單次反應(yīng)可以對(duì)數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的樣品進(jìn)行分析，大大節(jié)省了成本和時(shí)間，已在全基因組測(cè)序、RNA測(cè)序和蛋白質(zhì)相互作用中得到了廣泛的應(yīng)用(王興春等，2012)。因此，在此項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，Kane & Cronk (2008)提出了運(yùn)用整個(gè)質(zhì)體基因作為植物DNA條形碼，即超級(jí)DNA條形碼(ultra-barcoding,UBC)。Parksetal.(2009)和Steele & Pires (2011)討論了第2代測(cè)序技術(shù)獲得完整質(zhì)體基因組序列在物種鑒定中的應(yīng)用潛力。Kaneetal.(2012)采用高通量第2代測(cè)序技術(shù)(Illumina測(cè)序技術(shù))，對(duì)9種基因型、3個(gè)品種的可可樹(shù)TheobromacacaoL.和可可樹(shù)屬的大花可可樹(shù)T.grandiflorumSchum.的整個(gè)質(zhì)體基因組和核糖體的6000多個(gè)堿基對(duì)進(jìn)行了測(cè)序分析。結(jié)果顯示，可以從大花可可樹(shù)中鑒別出可可樹(shù)，甚至還可鑒別出個(gè)別基因型的可可樹(shù)；并比較了UBC數(shù)據(jù)結(jié)果與傳統(tǒng)DNA條形碼片段rbcL、matK、ITS的數(shù)據(jù)結(jié)果，認(rèn)為UBC可以提供更多的遺傳差異信息。因此，UBC在鑒別近緣種方面有極大的應(yīng)用前景，可作為傳統(tǒng)DNA條形碼技術(shù)的補(bǔ)充。

在傳統(tǒng)組合片段植物DNA條形碼體系尚未完善的情況下，建立入侵植物超級(jí)DNA條形碼是可行的選擇。對(duì)整個(gè)質(zhì)體基因組測(cè)序需要先獲得完整質(zhì)體基因組，再進(jìn)行長(zhǎng)片段PCR，最后進(jìn)行測(cè)序。這可能會(huì)存在一些問(wèn)題，如獲得完整質(zhì)體基因組困難，提取過(guò)程中會(huì)受到核基因組干擾，或質(zhì)體基因組存在斷裂和降解等；同時(shí)，大量的長(zhǎng)片段PCR也是一道繁瑣的工序。但是，隨著技術(shù)的發(fā)展，這些問(wèn)題都會(huì)得到很好的改善(Shokrallaetal.,2014)，如第3代測(cè)序技術(shù)，即單分子測(cè)序技術(shù)，省去了PCR這一過(guò)程，直接對(duì)待測(cè)樣品DNA分子進(jìn)行測(cè)序(張得芳等，2013)。

目前，metabarcoding技術(shù)也是DNA條形碼研究的熱點(diǎn)之一。metabarcoding技術(shù)整合了DNA條形碼和高通量測(cè)序技術(shù)，主要用于環(huán)境群落樣品或混合樣品中的物種鑒定和生物多樣性分析(Yuetal.,2012)。該技術(shù)的主要過(guò)程：從混合樣品(如土壤)中獲取總DNA，對(duì)特定DNA條形碼片段使用通用引物擴(kuò)增，對(duì)擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行高通量PCR測(cè)序并對(duì)測(cè)序結(jié)果進(jìn)行分析。這項(xiàng)技術(shù)在微生物研究中應(yīng)用比較廣泛。目前，metabarcoding技術(shù)也逐步應(yīng)用于動(dòng)物和植物的生物多樣性分析中。Coissacetal.(2012)討論了metabarcoding技術(shù)在動(dòng)植物生物多樣性分析中所遇到的引物設(shè)計(jì)、擴(kuò)增誤差、龐大的數(shù)據(jù)處理等問(wèn)題，并提出了相應(yīng)的解決辦法，為該技術(shù)的廣泛應(yīng)用提供了技術(shù)參考。唐敏等(2013)介紹了metabarcoding技術(shù)在植物多樣性的快速檢測(cè)、植食性動(dòng)物的食性分析等方面的應(yīng)用，認(rèn)為該技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)在于能高通量、低成本并快速地鑒定物種，最大的局限為PCR的偏向性、條形碼的解析度和普適性及數(shù)據(jù)庫(kù)的完善度。因此，應(yīng)用PCR-free技術(shù)和建立健全的數(shù)據(jù)庫(kù)是未來(lái)metabarcoding技術(shù)的工作重點(diǎn)。如果將metabarcoding技術(shù)應(yīng)用于入侵植物的群落多樣性分析，將會(huì)使鑒定更高效、更準(zhǔn)確、更快捷。

2入侵植物DNA條形碼參考數(shù)據(jù)庫(kù)與iFlora數(shù)據(jù)的構(gòu)建

建立入侵植物DNA條形碼研究體系與參考數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)入侵植物的研究具有重要意義和實(shí)用價(jià)值，但目前還沒(méi)有通用的植物DNA條形碼，因此可以?xún)?yōu)先考慮使用在入侵植物中適用的DNA條形碼構(gòu)建體系和參考數(shù)據(jù)，甚至可以按照入侵植物的入侵地點(diǎn)和不同物種而利用不同的DNA條形碼和構(gòu)建子數(shù)據(jù)庫(kù)。

CBOL建立了生命條形碼數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)BOLD，是專(zhuān)門(mén)收集和分析DNA條形碼數(shù)據(jù)的平臺(tái)。BOLD針對(duì)動(dòng)物類(lèi)群DNA條形碼提出了詳細(xì)的技術(shù)規(guī)范，但由于植物類(lèi)群本身的生物學(xué)特點(diǎn)及所用的條形碼與動(dòng)物類(lèi)群不同，BOLD提出的技術(shù)規(guī)范并不完全適用于植物DNA條形碼研究。因此，高連明等(2012)根據(jù)植物生物學(xué)特點(diǎn)并結(jié)合我國(guó)實(shí)際研究情況，從植物樣本的野外采集與保存、DNA提取、條形碼片段擴(kuò)增與測(cè)序，到條形碼命名及數(shù)據(jù)分析等10個(gè)方面提出了詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范。李德銖等(2012)則以植物DNA條形碼為核心組件，進(jìn)一步融入現(xiàn)代植物學(xué)、新一代測(cè)序技術(shù)、地理信息數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)信息技術(shù)等新元素，提出了新一代植物志(iFlora)的研究計(jì)劃。iFlora是將現(xiàn)代植物學(xué)、DNA測(cè)序技術(shù)與信息技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)系列關(guān)鍵技術(shù)的集成和攻關(guān)，構(gòu)建便捷、準(zhǔn)確識(shí)別植物和掌握相關(guān)數(shù)字化信息的智能植物志(或智能裝備)。

這些研究對(duì)入侵植物DNA條形碼參考數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建具有重要參考價(jià)值，入侵植物DNA條形碼作為植物條形碼的重要組成部分，應(yīng)與植物DNA條形碼標(biāo)準(zhǔn)保持一致，因此應(yīng)依照高連明等(2012)提出的10個(gè)方面的規(guī)范，構(gòu)建入侵植物DNA條形碼體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)入侵植物樣品的快速鑒別。iFlora數(shù)據(jù)一般分為3級(jí)：核心數(shù)據(jù)庫(kù)(一級(jí)信息)，包括DNA條形碼信息、關(guān)鍵識(shí)別特征、植物圖像識(shí)別數(shù)據(jù)和分子系統(tǒng)發(fā)育核心數(shù)據(jù)，即能夠?qū)崿F(xiàn)物種鑒定的數(shù)據(jù)；基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(二級(jí)信息)，即常用的數(shù)字化植物數(shù)據(jù)庫(kù)信息，包括形態(tài)學(xué)描述、生境、物候、特征、出現(xiàn)頻度、種數(shù)及分布、模式信息、經(jīng)濟(jì)、用途、形態(tài)學(xué)分類(lèi)研究歷史、物種名單等，利于用戶(hù)對(duì)類(lèi)群進(jìn)行基本認(rèn)知；拓展數(shù)據(jù)(三級(jí)信息)，包括孢粉學(xué)、種子形態(tài)學(xué)、傳粉生物學(xué)、染色體、次生代謝產(chǎn)物、植物共生關(guān)系、生物地理等信息，滿(mǎn)足需要對(duì)該類(lèi)群進(jìn)行深入認(rèn)識(shí)的用戶(hù)，或滿(mǎn)足其他教育、科普之用(杭悅宇等，2013; 陸露等，2012)。

除此之外，根據(jù)入侵植物自身的特點(diǎn)，入侵植物DNA條形碼參考數(shù)據(jù)庫(kù)還應(yīng)具有自己的構(gòu)成特點(diǎn)，如入侵植物的入侵歷史、危害程度、防治方法等。在入侵植物參考數(shù)據(jù)庫(kù)中，入侵物種的特點(diǎn)應(yīng)占重要地位，以方便用戶(hù)查詢(xún)閱覽。

3展望

中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所的iFlora系統(tǒng)(http:∥www.iflora.cn)專(zhuān)門(mén)制作了國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)植物、中國(guó)藥典植物鑒定信息平臺(tái)。該系統(tǒng)涉及244科1842屬7570種，DNA條形碼90975條，植物照片87082張，采集信息18524條，種質(zhì)資源信息31671條，民族植物學(xué)4717條，標(biāo)本信息127萬(wàn)余條，其中包含部分入侵植物物種信息。隨著B(niǎo)OLD和iFlora數(shù)據(jù)庫(kù)的完善，DNA條形碼的鑒定速度會(huì)更快，準(zhǔn)確度也會(huì)更高，進(jìn)而從側(cè)面拓寬DNA條形碼的應(yīng)用范圍，這也正好解決了metabarcoding技術(shù)數(shù)據(jù)對(duì)比問(wèn)題。基因組學(xué)和測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)解決植物標(biāo)準(zhǔn)DNA條形碼的選擇問(wèn)題，也可能會(huì)找到分辨率更高的DNA片段代替目前的組合條形碼，克服植物DNA條形碼的發(fā)展瓶頸。

隨著DNA條形碼技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)的DNA條形碼試劑盒、微測(cè)序儀等技術(shù)將成為可能，這將極大地提高鑒別的準(zhǔn)確性和速度。建立標(biāo)準(zhǔn)化入侵植物DNA條形碼研究體系能夠促進(jìn)DNA條形碼在入侵植物研究和海關(guān)檢疫中的應(yīng)用，這不僅對(duì)植物入侵的早期預(yù)防有重要意義，而且能節(jié)省人力、財(cái)力、物力，并提高鑒定效率。

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(責(zé)任編輯:楊郁霞)

Progress in the use of DNA barcoding in invasive plants identification

Xu-fei TIAN, Bo QU*

CollegeofBiotechnology,ShenyangAgriculturalUniversity,Shenyang,Liaoning110866,China

Abstract:Biological invasion, which has caused huge economic losses and severe environmental disruption, has become an international challenge. Traditional methods of customs inspection has several potential problems, ranging from inefficient sampling strategy, low accuracy, and a lack of specialists, all of which can create opportunities for biological invasion. The technology of identifying species based on DNA differences, the results of DNA barcoding may provide a useful addition to the inspection toolkit. Identification does not depend on morphology but on the quality of the isolated DNA; the process requires molecular biological techniques that are becoming more and more simple. Consequently, these methods will have a huge potential in customs inspection of invasive plants. Considering the complex evolution and variation in plants, the internal transcribed spacer (ITS) with great differences within or between species is suggested as the basis of barcoding supplemented by two chloroplast genes:matKandrbcL. The database of DNA barcode of alien invasive plants based on DNA barcoding, extended ultra-barcoding, and meta-barcoding combined with iFlora will be a good new method to the fast identification of invasive plants.

Key words:DNA barcoding; invasive plant; ultra-barcoding; meta-barcoding; iFlora

收稿日期(Received)：2015-12-02接受日期(Accepted)： 2016-02-08

基金項(xiàng)目:沈陽(yáng)市大型儀器共享項(xiàng)目(F13-306-4-00)； 國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專(zhuān)項(xiàng)(2012ZX07202-004-01)

作者簡(jiǎn)介:田旭飛， 男， 碩士研究生。 研究方向： 生物入侵。 E-mail: txf_job@163.com *通訊作者(Author for correspondence), E-mail: syau_qb@163.com

DOI:10. 3969/j.issn.2095-1787.2016.02.004