DNA条形码技术在生物分类学鉴定中的应用.ppt

一、前言二、DNA条形码的概念及原理三、DNA条形码的标准及优点四、DNA条形码的操作及分析方法五、DNA条形码在植物中的研究现状六、DNA条形码在药用植物鉴定中的应用一、前言二、DNA条形码的概念及原理DNA条形码的原理：DNA是生物的遗传信息载体，遗传物质的不同，决定了生物的多样性。由于每种生物物种的DNA序列都是唯一的，就给DNA条形码提供了物质基础。由于部分碱基的保守性，几十个碱基的长度不能提供足够的编码信息，因此目前的DNA条形码分析都是基于几百个碱基长度的DNA序列。DNA条形码技术（2003年,Herbert）是通过对一个标准目的基因的DNA序列进行分析从而进行物种鉴定的技术。这个概念的原理与零售业中对商品进行辨认的商品条形码是一样的。简单地说，DNA条形码技术的关键就是对一个或一些相关基因进行大范围的扫描，进而来鉴定某个未知的物种或者发现新种。2003年，加拿大圭尔夫大学(UniversityofGuelph)PaulHebert教授提出了“DNA条形码”概念。将条形码技术引入生物界。其思想产生于现代商品零售业的条形编码系统。将超市用以区分成千上万种不同商品的条形码概念引入，利用A、T、C和G4个碱基在基因中的排列顺序识别物种，他们把这种小片段基因序列称作物种的DNA条形码（DNAbarcodes），并提出为全球生物编码的计划。PaulHebert教授率先于2003年选取线粒体细胞色素C氧化酶亚基I(cytochromecoxidasesubunit1，c01)作为动物中通用的物种鉴定标记，并提出DNA条形码的定义：通过使用短的标准DNA片段，对物种进行快速、准确的识别和鉴定。PaulHebert等对动物界包括脊椎动物和无脊椎动物共11门13320个物种的线粒体细胞色素c氧化酶亚基1（CytochromecoxdaseI，COI）基因序列比较分析,发现98%的物种遗传距离差异在种内为0%-2%，种间平均可达到11.3%，据此提出可以用单一的小片段基因来代表物种。目前，DNA条形码技术在很多动物分类群中得到了成功应用理想的DNA条形码应当符合下列标准①具有足够的变异性以区分不同的物种。②同时应具有相对的保守性，以便于用通用引物进行扩增。③必须是一段标准的DNA区来尽可能鉴别不同的分类群。④目标DNA区应当包含足够的系统进化信息以定位物种在分类系统(科，属等)中的位置。⑤目标DNA区应该足够的短，以便有部分降解的DNA扩增。三、DNA条形码的标准及优点2004年，由AlfredSloan基金会赞助，在美国华盛顿特区举办了一个关于DNA条形码的大型研讨会，此次会议创立了生命条形码联盟(CBOL,theConsortiumfortheBarcodeofLife)。生命条形码联盟阐述了DNA条形码的优点：(1)以DNA序列为检测对象，生物的DNA是由遗传信息决定的，因此同种生物不同生长时期的DNA序列信息是相同的，即使经过加工，形态发生变化，DNA序列信息不会改变，较之传统的方法，扩大了检测样本范围；同时样本部分受损也不会影响识别结果。(2)可进行非专家物种鉴定。只要设计一套简单的实验方案，经过简单培训的技术员即可操作。(3)准确性高。特定的物种具有特定的DNA序列信息，而形态学鉴别特征会因趋同和变异导致物种的鉴定误差。(4)通过建立DNA条形码数据库，可一次性快速鉴定大量样本。分类学家新的研究成果将不断地加入数据库，成为永久性资料，从而推动分类学科更加快速深入地发展。四、DNA条形码的操作及分析方法DNA的提取根据样品的不同，可以采用不同的提取方法，例如CTAB法、TrizolQiagenDNeasykit等(DoyleJJ，DoyleJL.1987)设计通用引物一般情况下，可以通过分析NCBI和GenBank数据库中的DNA序列，在模板的保守区内利用专业软件设计引物。16PCR扩增以样品DNA为模板，利用通用引物进行扩增。不同序列有不同的PCR程序。有时需要在实验中调整PCR程序，才能得到目标序列。一般而言，如果样品DNA纯度高且完整，则有利于PCR的进行。如果样品DNA有较为严重的降解现象，可以根据基因叶绿体trnL(UAA)内含子的短片段重新设计通用引物，有利于序列扩增。全新4通道实时荧光定量PCR仪PCR扩增原理琼脂糖凝胶电泳用于检测PCR扩增效率，选取扩增效果好的样品，进行单向或双向测序。测序原理目前用于测序的技术主要是Sanger于1977年发明的双脱氧核糖核酸链末端终止法。这种测序方法是根据核普酸在某一固定的点开始，随机在某一个特定的碱基处终止，并且在每个碱基后面进行荧光标记，产生以A、T、C、G结束的四组不同长度的一系列核普酸，然后在尿素变性的PAGE胶上电泳进行检测，从而获得可见的DNA碱基序列。基本