DNA條形碼是最近十幾年發(fā)展起來(lái)的一門(mén)生物技術(shù), 具有標(biāo)準(zhǔn)、通用、快捷等優(yōu)點(diǎn), 其主要目標(biāo)是通過(guò)較短的DNA序列在物種水平上對(duì)現(xiàn)存生物類(lèi)群和未知生物材料進(jìn)行識(shí)別和鑒定。目前, 植物DNA條形碼已較成熟地應(yīng)用于群落系統(tǒng)發(fā)育(或稱(chēng)譜系)與進(jìn)化生態(tài)學(xué)研究, 主要回答兩大科學(xué)問(wèn)題:
(1)通過(guò)DNA條形碼構(gòu)建群落系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系, 其核心理念是通過(guò)具有不同進(jìn)化速率的DNA條形碼片段組合, 相對(duì)準(zhǔn)確地構(gòu)建出特定森林群落的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系大框架, 且在科或者屬級(jí)分類(lèi)階元下的類(lèi)群能獲得比基于APG系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)更精準(zhǔn)的末端分支。
(2)將基于DNA條形碼的群落系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系用于探討局域、區(qū)域乃至全球尺度上森林群落格局的構(gòu)建方式和維持機(jī)制 其核心理念是通過(guò)運(yùn)用實(shí)測(cè)的DNA條形碼群落系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系, 獲取更接近真實(shí)的群落系統(tǒng)發(fā)育結(jié)構(gòu)和多樣性分布格局, 減少發(fā)生統(tǒng)計(jì)誤差的概率。
此外, DNA條形碼作為一種非損傷性技術(shù), 可量化動(dòng)物取食特征和種子傳播交互網(wǎng)絡(luò), 評(píng)估每種食果動(dòng)物對(duì)不同小生境中種子雨的貢獻(xiàn), 還可檢測(cè)不同食果動(dòng)物是否選擇性地取食不同果實(shí)或種子類(lèi)型, 在植食性特征和種子凋落格局之間構(gòu)建出溝通的橋梁, 進(jìn)而構(gòu)建植食性動(dòng)物與被取食植物的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)關(guān)系, 探討動(dòng)植物協(xié)同進(jìn)化關(guān)系。
最近幾年, 植物DNA條形碼研究在群落水平上獲得了一系列進(jìn)展, 如物種辨別、群落系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系構(gòu)建、群落結(jié)構(gòu)探索和生物多樣性指數(shù)評(píng)價(jià)等,這主要得益于CTFS-ForestGEO 網(wǎng)絡(luò)和中國(guó)森林生物多樣性監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)等研究平臺(tái)。當(dāng)然, 其研究仍然存在一些問(wèn)題:
(1)各森林群落現(xiàn)有的植物DNA條形碼序列數(shù)據(jù)大多零散分布于各樣地, 部分?jǐn)?shù)據(jù)尚未得到充分應(yīng)用。為了有效使用現(xiàn)有數(shù)據(jù), 建議各樣地自行或授權(quán)上傳并管理相關(guān)數(shù)據(jù), 其他用戶(hù)經(jīng)過(guò)必要審核后可共享相應(yīng)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)擁有者和使用者之間可以進(jìn)行實(shí)時(shí)交流, 實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域數(shù)據(jù)管理、整合與應(yīng)用。
(2)疑難類(lèi)群的準(zhǔn)確辨別仍有難度, 常規(guī)DNA測(cè)序技術(shù)及所獲得的數(shù)據(jù)難以滿(mǎn)足更多科研任務(wù)。對(duì)目標(biāo)類(lèi)群進(jìn)行標(biāo)本鑒定的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)是基于大量DNA條形碼序列的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行初步分子鑒定, 同時(shí)與形態(tài)、化學(xué)、細(xì)胞、化石等生物證據(jù)相結(jié)合。但是, 重建群落內(nèi)各物種起源過(guò)程, 探索物種的形成和分化速率, 預(yù)測(cè)未來(lái)演化進(jìn)程等復(fù)雜科學(xué)問(wèn)題, 需要借助更大規(guī)模的DNA序列數(shù)據(jù)庫(kù)和更強(qiáng)大的分析方法。轉(zhuǎn)錄組、全基因組測(cè)序等新一代生物技術(shù)能提供更多的遺傳信息, 有望在對(duì)疑難生物類(lèi)群進(jìn)行快速、準(zhǔn)確識(shí)別的基礎(chǔ)上, 促進(jìn)DNA條形碼序列信息在生態(tài)、進(jìn)化和生物多樣性等方面的充分應(yīng)用。
(3)最優(yōu)植物DNA條形碼有待更多的評(píng)價(jià)。選取合適的DNA條形碼對(duì)進(jìn)化生態(tài)學(xué)研究至關(guān)重要。在動(dòng)物和微生物研究領(lǐng)域, 通用DNA條形碼的應(yīng)用和進(jìn)展相對(duì)順利(前者: 線(xiàn)粒體基因細(xì)胞色素C氧化酶COI; 后者: ITS和18S rDNA) 。在植物界, 現(xiàn)有的核心植物DNA條形碼是葉綠體片段組合rbcL + matK, 但諸多研究表明, 它們只能識(shí)別70%左右的常見(jiàn)陸生植物種類(lèi)甚至更少, 特別是在鑒定近緣和其他疑難類(lèi)群時(shí)需要增加trnH-psbA和ITS等更多片段才能獲得較為理想的分辨效果。因此,今后可能會(huì)對(duì)陸生植物條形碼進(jìn)行新一輪的評(píng)估,權(quán)衡DNA條形碼在物種水平鑒定的有效性、便捷性、投入產(chǎn)出比等方面, 最終遴選出各方較能接受的新方案。
總之, 作為一種實(shí)用技術(shù), 植物DNA條形碼在生態(tài)、進(jìn)化和生物多樣性保護(hù)等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。當(dāng)然, 在成為適用性更強(qiáng)、方法論更成熟的技術(shù)手段之前, 植物DNA條形碼仍有待完善,其在發(fā)展過(guò)程中遇到的部分難題可通過(guò)學(xué)科融合和技術(shù)革新逐漸得到解決。