植物DNA條形碼前沿探討

目錄

• 1、葛學(xué)軍：群落系統(tǒng)發(fā)育與DNA條形碼應(yīng)用

• 2、王雨華：植物DNA條形碼數(shù)據(jù)庫的建設(shè)現(xiàn)狀

• 3、何興金：植物DNA條形碼與介子系統(tǒng)發(fā)育研究及其應(yīng)用前景

• 4、杭悅宇：植物DNA條形碼研究的瓶頸與思考

【精彩發(fā)言】

1、葛學(xué)軍：群落系統(tǒng)發(fā)育與DNA條形碼應(yīng)用

DNA條形碼的主要作用就是物種鑒定，特別是對采用傳統(tǒng)系統(tǒng)學(xué)方法難以鑒定的物種特別有用，例如，對于植物的幼苗、碎片、根系以及植物制成品(如茶飲料、中藥)等非常有用，對于一個區(qū)域內(nèi)物種的快速鑒定的作用也很大。由于目前分子系統(tǒng)學(xué)分析采用的主要片段，特別是APG系統(tǒng)采用的片段，很大程度上與條形碼片段相同。因此，應(yīng)用DNA條形碼的序列資料可以進行類群的系統(tǒng)發(fā)育重建。此外，昆蟲的食性，如普食性昆蟲還是專一食性昆蟲，它們吃什么植物，以前很難進行準(zhǔn)確定性，只能根據(jù)觀察進行估計。目前，可以采用植物DNA條形碼引物，從昆蟲整體DNA中進行擴增，然后對目標(biāo)片段進行序列測序、鑒定，從而了解昆蟲的食物是什么。最后，DNA條形碼目前在群落生態(tài)學(xué)領(lǐng)域，在研究物種組成和維持機制方面應(yīng)用很多，是一個新的學(xué)科增長點。

群落生態(tài)學(xué)主要研究群落內(nèi)物種共存機制。目前，研究的重點是確定究竟哪些因素，如環(huán)境過濾、競爭排除，還是隨機滅絕，導(dǎo)致了現(xiàn)存群落的物種共存格局。傳統(tǒng)的研究方法很難將進化歷史因素考慮進去。以往群落生態(tài)學(xué)和系統(tǒng)發(fā)育生物學(xué)這兩個學(xué)科的研究方向和內(nèi)容是相對分離的。Webb等首次將系統(tǒng)發(fā)育、性狀進化和群落結(jié)構(gòu)三種分析相結(jié)合(Webb， 2000； Webb et al.，2002)，并列舉了一系列可解決的生態(tài)學(xué)問題。具體來說：①群落的系統(tǒng)發(fā)育結(jié)構(gòu)分析；②生態(tài)位分化的系統(tǒng)發(fā)育基礎(chǔ)探討；③將群落內(nèi)容與性狀進化及生物地理一起進行分析。

Webb等(2002)定義了系統(tǒng)發(fā)育群落生態(tài)學(xué)這個新的學(xué)科。它的定義為：基于群落水平，運用系統(tǒng)發(fā)育分析方法來探討局域范圍(如樣地為尺度)內(nèi)物種共存和生物多樣性的維持機制，或者區(qū)域范圍內(nèi)(如不同氣候帶為尺度)不同類型群落的構(gòu)建規(guī)則。通過研究，可以確定群落的系統(tǒng)發(fā)育結(jié)構(gòu)，即在一個樣方或生境內(nèi)，物種間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系是否為非隨機的，或者說，這些物種在系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系上是否具有關(guān)聯(lián)性，現(xiàn)在有充分的證據(jù)表明，植物個體之間的相互作用的確影響特殊類群的共存。

Webb(2000)采用兩個群落系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系指數(shù)—凈親緣指數(shù)(net relatedness index，NRI)和最近親緣指數(shù)(nearest taxon index，NTI)來描述群落的系統(tǒng)發(fā)育結(jié)構(gòu)(有關(guān)這兩個指數(shù)的推導(dǎo)及計算過程詳見 Webb et al. ，2002)和Swen-son et al. ，2006 )。當(dāng)生境過濾作用是群落的主導(dǎo)過程時，群落主要由系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系較近的物種構(gòu)成，此時群落的NRI和NTI比較高；而當(dāng)種間競爭是群落的主導(dǎo)過程時，群落主要由系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系較遠的物種構(gòu)成，此時群落的NRI比較低，而NTI比較高。這兩個指數(shù)從不同側(cè)面反映了兩個相反的群落生態(tài)過程。

在DNA條形碼應(yīng)用之前，物種間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系通過采用基于APG系統(tǒng)的Phylomatic軟件進行估計。Webb編寫了在線Phylomatic程序(http：//www.phylodiversity. net/phylomatic/phylomatic. html) ，用戶只需要輸人相應(yīng)格式的物種名錄，即可獲得基于APG系統(tǒng)的物種系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。由于APG系統(tǒng)中數(shù)據(jù)量的限制，Phylomatic軟件通常只能解析到屬或科一級的水平。特別是對于熱帶群落，在種一級水平上大多數(shù)數(shù)據(jù)比較缺乏。這種估算存在許多弊端，即當(dāng)同一科屬下分類單元較多時，運算結(jié)果會出現(xiàn)多分枝結(jié)構(gòu)(polytomy，給群落系統(tǒng)發(fā)育結(jié)構(gòu)分析帶來較大偏差，得出錯誤結(jié)果的幾率升高。

用DNA條形碼序列構(gòu)建群落系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系的優(yōu)勢在于，處理系統(tǒng)樹的末端分枝時能為分類單元提供準(zhǔn)確的系統(tǒng)位置，可根據(jù)所用的DNA片段計算整個群落內(nèi)所有類群內(nèi)部真實的分枝長度。相比由Phylomatic軟件產(chǎn)生系統(tǒng)樹和采用Phylocom軟件中的“bladj”程序模擬運算分枝長度，基于DNA條形碼的分子系統(tǒng)樹在進化樹的分辨率和進化時間的準(zhǔn)確性上都更勝一籌。通過得到分辨率更高的系統(tǒng)樹，可以增加對于群落系統(tǒng)結(jié)構(gòu)零假設(shè)的檢驗?zāi)芰Α?/p>

在巴拿馬BCI(Barro Colorado Island)50公頃的樣地內(nèi)有282種樹木，Kress等(2009)采用了rbcL， matK和trnH—psbA3個植物DNA條形碼構(gòu)建了該群落的系統(tǒng)發(fā)育樹。他們認為，用3個植物DNA條形碼組成的超級矩陣重建的BCI大樣地群落內(nèi)物種的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，其結(jié)果要比直接使用APGIII更好。其具體表現(xiàn)在：①在大的系統(tǒng)發(fā)育框架上，由DNA條形碼重建的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系與APG的拓撲結(jié)構(gòu)基本一致，樣地中所包含的全部24個目都被分配在適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)位置上，說明對于局域尺度下的植物群落而言，利用多片段條形碼組合所提供的信息可滿足系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建，其效果已接近APG系統(tǒng)。②在系統(tǒng)發(fā)育框架末端(例如科、屬和物種水平上)，得益于3個DNA條形碼組成的超級矩陣(包含進化速率快的片段trnH - psbA )，此時獲得的末端節(jié)點二歧分枝結(jié)構(gòu)比僅由Phylomatic自動生成的多分枝效果好，說明在具體的樣地中，如果有充分的序列信息，加上科研人員的分類學(xué)背景知識，DNA條形碼可發(fā)揮出巨大的優(yōu)勢。通過利用Barcode Phylogeny和Phylomatic Phylogeny對樣地內(nèi)的7類生境進行比較，Kress等(2009)得出了不同的群落聚集方式，他們認為利用Barcode Phylogeny得到的結(jié)果更為可靠。

鼎湖山自然保護區(qū)是我國建立的第一個自然保護區(qū)，位于東經(jīng)112°30'112033' E，北緯23°09’一23°11' N，最高海拔1000. 3米，年均溫20. 9°C，平均年降雨量1929毫米。鼎湖山20公頃森林動態(tài)樣地有60科，120屬，226種樹木。其中樟科植物23種，大戟科植物21種，茜草科植物15種，桑科植物15種。由于大約66%的屬只有一個種，因此，容易采用DNA條形碼鑒定。通過采用rbcL ， matK和trnH一psbA三位點DNA條形碼片段，我們構(gòu)建了鼎湖山20公頃樣地的群落系統(tǒng)發(fā)育樹，并探討了群落內(nèi)不同尺度(20m x20m， 0. 04 ha； 100mx 100m， lha)的構(gòu)建方式。通過與Phylomatic構(gòu)建的群落系統(tǒng)樹得到的結(jié)果比較，采用DNA條形碼方法能更準(zhǔn)確地研究群落的物種組成與維持機制(Peiet al. ，2011)。

DNA條形碼的應(yīng)用主要反映在三個方面，一個是系統(tǒng)發(fā)育群落生態(tài)學(xué)，這個學(xué)科發(fā)展很快。在Web of Science上，以community， phylogenetic diversity， ecology為主題，截至2012年7月30口，一共查到243篇相關(guān)論文，其中很多發(fā)表在生態(tài)和進化領(lǐng)域的頂級刊物上，如Ecology Letters ， Ecology， Molecular Ecol-ogy， Annual Review of Ecology， Evolution and Systematics。從發(fā)表年份上看，2010年以來發(fā)表論文數(shù)目快速增加，反映了這個學(xué)科的快速發(fā)展。

除了系統(tǒng)發(fā)育群落生態(tài)學(xué)以外，DNA條形碼發(fā)展對于群落系統(tǒng)發(fā)育與植物功能性狀的關(guān)系的研究發(fā)展也很快。利用分子系統(tǒng)發(fā)育樹，探討植物功能性狀的進化及其與環(huán)境的關(guān)系是當(dāng)前生態(tài)學(xué)研究的熱點之一。決定植物的哪些生態(tài)相關(guān)性狀是系統(tǒng)發(fā)育保守的，還是趨同的，在什么時間尺度上等問題，對于理解群落系統(tǒng)發(fā)育結(jié)構(gòu)的形成原因，以及進化和生態(tài)系統(tǒng)后果非常重要。植物的功能性狀是植物系統(tǒng)發(fā)育歷史影響生態(tài)過程的一個重要聯(lián)系。最近，西雙版納熱帶植物園曹坤芳課題組在《全球生態(tài)學(xué)和生物地理學(xué)》( Global Ecology and Biogeography)上發(fā)表論文(Zhang et al. ， 2011)。他們通過對中國境內(nèi)98個采樣點618種樹木的木材密度和力學(xué)相關(guān)性狀的空間分布與環(huán)境因子和系統(tǒng)發(fā)育的關(guān)系進行了分析。結(jié)果表明，所有11個木材性狀都表現(xiàn)出了顯著的系統(tǒng)發(fā)育信號，即受系統(tǒng)發(fā)育控制。他們研究認為，我國森林樹木木材性狀的空間分布式樣受環(huán)境與系統(tǒng)發(fā)育共同作用的影響，系統(tǒng)發(fā)育影響物種的環(huán)境耐受性及其地理分布，并且年降雨比年均溫能更多地解釋木材性狀的空間分布。

DNA條形碼還與保護生物學(xué)密切相關(guān)。20世紀(jì)90年代，澳大利亞科學(xué)家Faith DP創(chuàng)建了一個生物多樣性參數(shù)，稱為“譜系多樣性”( phylogenetic diversity ，PD )。這個參數(shù)測量一個區(qū)域內(nèi)研究分類群的進化途徑的長度。以往我們研究一個區(qū)域生物多樣性時，通常只是比較物種數(shù)量多少、珍稀瀕危物種多少，很少考慮這些物種間的系統(tǒng)進化關(guān)系，也很難度量這些物種間的系統(tǒng)進化關(guān)系。DNA條形碼的應(yīng)用可以使得我們對一個區(qū)域研究類群建立系統(tǒng)發(fā)育樹，定量反映這些物種間的譜系多樣性。這個參數(shù)近年來被逐漸接受，并被應(yīng)用到保護生物學(xué)研究中。例如Forest等(2007)在Nature上發(fā)表論文，就采用此參數(shù)研究了生物多樣性熱點地區(qū)植物區(qū)系的進化潛力。2012年中科院植物研究所馬克平課題組采用此參數(shù)研究了我國特有木本種子植物的多樣性，并鑒定了熱點地區(qū)(Huang et al. ， 2012 ， Diversity and Distribution ) 。

除了以上介紹以外，DNA條形碼還可以用來研究系統(tǒng)發(fā)育beta多樣性。該多樣性指的是任何兩個地點的生物個體間的系統(tǒng)發(fā)育距離(也即系統(tǒng)樹上的分枝長度)，可以被看作是包含(演化)時間維度的beta多樣性(Graham & Fine ，2008 ； Gomez et al.，2010)。通過比較系統(tǒng)發(fā)育beta多樣性即不相似性，就可以分析出不同群落所處的生境類型及其相互作用關(guān)系，結(jié)合各自群落內(nèi)的物種組成，共同探討物種構(gòu)建機制、生物多樣性格局等諸多重要生態(tài)學(xué)問題。

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2、王雨華：植物DNA條形碼數(shù)據(jù)庫的建設(shè)現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)庫是植物DNA條形碼研究和建設(shè)的核心。在進行DNA條形碼研究和建設(shè)中，無論是從測序開始，還是做物種鑒定、統(tǒng)計分析、系統(tǒng)演化等研究和應(yīng)用工作，最終都要形成數(shù)據(jù)并利用數(shù)據(jù)。因此，數(shù)據(jù)庫建設(shè)是DNA條形碼研究和建設(shè)中的重要內(nèi)容。目前國際上做得最多的是動物類群的DNA條形碼，在國際著名的數(shù)據(jù)庫網(wǎng)站BOLD (barcode of life data systems)和GenBank中，植物類群的條形碼數(shù)據(jù)相對較少，中國DNA條形碼工作小組因在PNAS上發(fā)表論文而提交了1. 5萬條數(shù)據(jù)，從而成為最多的植物DNA條形碼數(shù)據(jù)提交者，這也從另一方面給了中國進行植物DNA條形碼數(shù)據(jù)庫建設(shè)的機會。

不擁有DNA條形碼數(shù)據(jù)就會受制于人。從2009年起，BOLD啟動了2. 5版新用戶界面和數(shù)據(jù)引擎，擁有大量的DNA條形碼數(shù)據(jù)，包括圖像、CPS、序列、測序圖譜等豐富的信息。同時，還內(nèi)置了許多分析工具，研究人員可以輕松利用這些工具分析序列重復(fù)度、分類地位準(zhǔn)確度、核背酸多樣度等。中國是國際生命條形碼四個中心結(jié)點之一，希望能與BOLD建立鏡像站點，但經(jīng)過多次努力之后，BOLD負責(zé)人仍然沒有答應(yīng)讓中國做到網(wǎng)站和數(shù)據(jù)的鏡像。

國家重大科學(xué)裝置—中國西南野生生物種質(zhì)資源庫為我國植物DNA條形碼標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)提供了條件和機遇。中國要利用DNA條形碼認識、研究和利用自己的植物，就必須盡快建立自己的條形碼標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(reference 1ibrary )。但必須解決兩個難題：①規(guī)范化采樣；②數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)站的建設(shè)。正在運行的“中國西南野生生物種質(zhì)資源庫”首先解決了采樣難題，在此基礎(chǔ)上為數(shù)據(jù)庫的建設(shè)提供了大量的試驗數(shù)據(jù)和示范機會。在參考國際DNA條形碼數(shù)據(jù)庫建設(shè)的同時，結(jié)合中科院昆明植物研究所及其他參與單位承擔(dān)的生物DNA條形碼數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)前期建設(shè)經(jīng)驗，廣泛征求專家意見，從中國國情出發(fā)，兼顧國際化需求，進行我國生物DNA條形碼數(shù)據(jù)庫的研究和開發(fā)。首先，選擇分類基礎(chǔ)好，具有一定樣品積累，對我國社會和經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義和代表性的重要類群為對象開始建設(shè)。在一定經(jīng)驗積累基礎(chǔ)上，進行中國生物DNA條形碼數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范研究，從而指導(dǎo)整個系統(tǒng)的建設(shè)。目前，已經(jīng)完成了適合中國團隊、方便用戶整理數(shù)據(jù)的EXCEL模式的客戶端工具，完成了近6萬條DNA條形碼數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，初步建立了運行服務(wù)網(wǎng)站，該網(wǎng)站能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的查詢、展示和序列比對等功能。在后續(xù)開發(fā)中，除了在3年內(nèi)盡可能建成中國常見植物物種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫外，將重點放在模型工具的開發(fā)上，能為物種鑒定、科學(xué)研究提供更加方便、實用的工具。

植物DNA條形碼數(shù)據(jù)庫的建設(shè)將帶動“iFlora”的應(yīng)用。隨著信息化、網(wǎng)絡(luò)化的高速發(fā)展，人們的認知方式已經(jīng)發(fā)生了很大的改變。認識植物是人類認識世界的強烈需求，當(dāng)我們到達西雙版納或麗江時，看到一個植物就要問這個植物是什么名字，作為普通公眾來說這是一個很大的挑戰(zhàn)，因為我們大部分人都不可能像吳征錳院士一樣能有這么廣闊的知識，能夠馬上告訴你是什么植物。但隨著信息化的發(fā)展，隨著電腦及智能終端的推廣和應(yīng)用，達到吳征錳院士這種認知植物的能力就越來越近了。這種觀點認為，吳院士在這個認識植物方面的智商可能是140，而一般人認識植物方面的智商可能也就是60一80，這樣智商的普通人在認識植物方面可能永遠也趕不上吳征錳院士，但是現(xiàn)在可以用智能終端進行輔助認知，即終端設(shè)備能夠擁有160智商。即使普通人只有認知植物的60的智商，如果能將人和智能終端巧妙地結(jié)合起來，說不定就能等同或越過吳院士的140的智商。今天上午西部植物學(xué)會議上李德侏老師談了在線植物志，談到DNA條形碼，進而談到“iFlora"?？赡苣壳拔覀冞€無法實現(xiàn)理想中的“iFlora"，但我們可以把《中國植物志》的信息、基于圖形分類的信息初步集成，讓人們借助智能終端進行初步判斷。如蘋果應(yīng)用程序Leafsnap，就可以實現(xiàn)拍照葉形來識別樹木了。DNA條形碼的發(fā)展可以引發(fā)植物界認知的模式，但真正做到可能還有一個很長的路程，因為目前測序仍需要在實驗室里做。不過，第三代測序儀正在研制，一旦形成芯片，" iFlora”的目標(biāo)就實現(xiàn)了。

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3、何興金：植物DNA條形碼與介子系統(tǒng)發(fā)育研究及其應(yīng)用前景

植物DNA條形碼與獨活屬分子系統(tǒng)發(fā)育

系統(tǒng)與進化是生物學(xué)中最令人著迷的領(lǐng)域之一。人們一直想要知道，有哪些物種與我們共同生活在這顆星球上，這些形形色色的物種從哪里來，它們之間存在怎樣的關(guān)系，又怎樣演化至今，它們怎樣擴散到世界每個角落。本研究從中國傘形科(Apiaceae)獨活屬(Heracleum)的系統(tǒng)發(fā)育出發(fā)，對其DNA條碼和分類進行了系統(tǒng)研究和分類系統(tǒng)的修訂，進而研究其起源和擴散，并對已有的生物地理算法進行了改進。在此基礎(chǔ)上，提出了新的貝葉斯分析法和時間一事件曲線分析法并編制了軟件，從而能夠?qū)ι锏淖嫦确植?、形態(tài)學(xué)和生態(tài)學(xué)祖先性狀等進行分析和重建。

獨活屬是傘形科(Apiaceae)芹亞科(Apioideae)環(huán)翅芹族(Tribe Tordylieae)的重要類群，全世界共有65一120種(按小種概念)。在中國，獨活屬共有29種4變種，主要分布在西南部的橫斷山區(qū)，其中19種1變種為我國特有種。很久以來，獨活屬都被認為是一個自然的類群；然而在近年的分子系統(tǒng)學(xué)和細胞學(xué)研究中，獨活屬已被證明并非單系群。已有的研究中盡管只涉及了少數(shù)中國的種類，但仍暴露出諸多問題：部分中國種類形成了獨立的世系且與模式種遠離，有些種類甚至與其他屬交叉。對中國獨活屬植物進行全面的系統(tǒng)發(fā)育研究，對解決該屬乃至環(huán)翅芹族的系統(tǒng)發(fā)育具有重要的意義。該屬的許多植物都具有藥用價值，對其分類學(xué)的研究也有助于中藥的正本清源。

獨活屬植物分布廣泛，在世界上有兩個主要分布中心：一是高加索地區(qū)，另一個是中國喜馬拉雅地區(qū)。其演化和遷徙與橫斷山區(qū)的避難所地位以及陸橋的變遷密切相關(guān)。在現(xiàn)有的生物地理學(xué)研究中，擴散一隔離分化分析(Dispersal一Vicariance Analysis， DIVA)是應(yīng)用最為廣泛的方法之一。然而，DIVA方法無法估計系統(tǒng)發(fā)育樹的不確定性，而且會給出大量的等價結(jié)果。因此，我們在DIVA方法的基礎(chǔ)上進行了改進，并應(yīng)用到了獨活屬的生物地理學(xué)研究中。主要進行了以下幾個方面的研究。

(1)采集了獨活屬全部29種和4變種植物樣品，使用貝葉斯法和最大簡約法對核糖體DNA ( nrDNA )ITS序列以及5個葉綠體的非編碼區(qū)序列(cpDNA )( rps16一trnK，rps16 intron，trnQ一rps16，rp132一trnL和psbA一trnH)進行了分析?；贒NA條碼對獨活屬進行了深人的分類和系統(tǒng)發(fā)育研究，所構(gòu)建的ITS數(shù)據(jù)集包含了88個種，114個居群;當(dāng)歸屬的4個種被用作外類群，其中55條ITS序列為首次發(fā)表。cpDNA數(shù)據(jù)集包含了環(huán)翅芹亞族和當(dāng)歸屬的36個種42條序列，每條序列都由5個cpDNA片段拼接而成，全部cpDNA片段的序列均為首次發(fā)表。在兩個數(shù)據(jù)集中，部分采自橫斷山區(qū)的獨活屬種類都測定了不止一個居群，以此判斷這些種類的不同居群間已出現(xiàn)的形態(tài)學(xué)差異，是否達到種級分類等級，以及在分子系統(tǒng)發(fā)育上是否具有清晰的種間界限。作為對分子證據(jù)的補充，研究了36種獨活屬植物及其近緣類群的果實結(jié)構(gòu)，將nrDNA和cpNDA進行綜合分析，并結(jié)合果實形態(tài)和已有的形態(tài)學(xué)、細胞學(xué)進行綜合分析，首次提出了狹義獨活屬的概念并總結(jié)出了環(huán)翅芹亞族的8個分支。研究結(jié)果部分支持了Mandenova的分組系統(tǒng)。多管組并非一個單系，我們不支持多管組的建立。不完全的譜系篩選和雜交，造成了核基因ITS和葉綠體基因建立系統(tǒng)發(fā)育樹的不一致性。

(2)首次在亞族級水平的大背景框架下(環(huán)翅芹亞族)，對獨活屬及其近緣類群進行了分子系統(tǒng)發(fā)育、DNA條碼研究，給出了獨活屬及其近緣類群的分類修訂和狹義獨活屬分支的屬下分類系統(tǒng)，以及其他分支的屬下等級排列?，F(xiàn)有中國獨活屬中有9個種被排除在的狹義獨活屬分支之外，它們是灰白獨活H.cauesceus，白亮獨活H. caudicaus，裂葉獨活H.millefolium，二管獨活H. bivittatum，尼泊爾獨活H. uepaleuse，云南獨活H. yuuuaueuse，大葉獨活H. olgae，貢山獨活H. kiugdouii和小金獨活H. xiapjinense。這9個種在系統(tǒng)發(fā)育樹中散布在四帶芹屬(Tetrataeuium，大瓣芹屬(Semeuovia)和當(dāng)歸屬(Angelica)的分支中。有兩個產(chǎn)自高加索地區(qū)的單型屬(Maudeuovia和Symphyoloma )也被包含在了狹義獨活屬中。小金獨活應(yīng)與法落海歸并，放人當(dāng)歸屬中；灰白獨活、白亮獨活及其變種、二管獨活、尼泊爾獨活、大葉獨活和貢山獨活應(yīng)轉(zhuǎn)移人四帶芹屬；裂葉獨活及其變種應(yīng)轉(zhuǎn)移人大瓣芹屬。修訂后的中國獨活屬共包括23種2變種，大瓣芹屬包括6種，四帶芹屬包括7種。

(3)使用S一DIVA方法對獨活屬的起源與遷徙進行了研究，結(jié)果表明：狹義獨活屬的起源地并非以前研究者所認為的中國喜馬拉雅地區(qū)(尤其橫斷山區(qū))，而是起源于西古北區(qū)，從西古北區(qū)起源地在向外擴散的過程中，獨活屬植物在歷史上可能通過三條路線完成其遷徙，從而形成了現(xiàn)有的地理分布格局。這三條遷徙路線為：①西古北區(qū)一東古北區(qū)一東南亞一西南亞；②從東南亞通過白令陸橋(Bering land bridge)到達北美；③西古北區(qū)通過北大西洋路橋( North Atlantic land bridge)到達北美。

DNA條形碼的應(yīng)用前景及展望

研究結(jié)果顯示，只要選擇DNA條碼的分子標(biāo)記合適，可以得出很好的結(jié)果，并解決系統(tǒng)學(xué)問題。通過植物DNA條碼研究的結(jié)論，可以反過來尋找形態(tài)特征上的間斷，即DNA條碼研究結(jié)果可以為分類服務(wù)。

在應(yīng)用中，植物DNA條碼究竟用多少個分子片段更合適，或在更高水平和種下水平中尋找？本研究認為，宜采用組合DNA條碼，即核基因和葉綠體基因組合，可以達到預(yù)期效果。

由于植物種類多，要對中國所有植物的DNA條碼進行研究需要加大研究經(jīng)費投人力度。雖然有一些困難和問題，但通過植物分類學(xué)家的不懈努力，相信植物DNA條形碼的大廈，在不久的將來會建成的。

能否像動物一樣找到一個或幾個通用的植物DNA條碼片段，或是利用核心DNA條碼，如何將DNA條形碼研究工作向前推進一步，使之成為植物學(xué)界的一個標(biāo)志性成果，這都需要中國科學(xué)家不懈努力，在做好大量分類和系統(tǒng)育研究工作的基礎(chǔ)上，對植物DNA條形碼做出里程碑意義的貢獻。

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4、杭悅宇：植物DNA條形碼研究的瓶頸與思考

這兩天很多專家對條形碼研究的現(xiàn)狀及應(yīng)用前景作了很好的發(fā)言，對于研究的瓶頸問題也已經(jīng)有了諸多涉及，和大家重復(fù)的看法我這里就不再談。

目前國內(nèi)DNA條形碼的研究已廣泛開展，特別是在中科院昆明植物研究所的領(lǐng)銜和組織下的大協(xié)作項目，已經(jīng)取得了良好的研究成果。但是近年來此主題的研究論文數(shù)量劇增，尤其是對于小類群進行DNA條形碼研究的論文，沒有正確認識和運用DNA條形碼，以至于一些刊物已經(jīng)表明不再接受類似主題論文的投稿。那么，除了對DNA條形碼的正確認識、對現(xiàn)有片段的優(yōu)劣評價和選擇等問題，在植物DNA條形碼的研究中還存在怎樣的一些問題呢?

很多專家已經(jīng)指出，實驗材料是DNA條形碼研究的基礎(chǔ)問題和根本問題，我們面對的植物是一個龐大的、復(fù)雜的體系，沒有正確的分類認識和采集方法，就不能保證植物DNA條形碼的準(zhǔn)確構(gòu)建。

通過兩年多來對薯鎖科薯鎖屬(相關(guān)研究已發(fā)表于PNAS，PLoS ONE ) ，寥科何首烏(種下居群)、唇形科夏枯草屬、十字花科一些屬的DNA條形碼的研究，我想就DNA條形碼研究的實驗材料體系談點認識和體會。

對植物“種”在DNA條形碼研究中的概念的認識

這個問題中包括了已獲得DNA條形碼的未知種、錯定種如何定位，但較突出的問題是廣布種。對于廣布種，由于經(jīng)常無法進行連續(xù)分布地采樣，因此往往會忽略連續(xù)變化特征而把1個種在分布區(qū)端點的居群鑒定為不同種，如夏枯草屬的夏枯草、硬毛夏枯草和山菠菜這3個“小種”，其多個分子標(biāo)記包括DNA條形碼4個通用片段完全一致；反過來看它們的形態(tài)特征區(qū)別，僅在莖毛被的多少及葉片的一些數(shù)量特征(相關(guān)研究已發(fā)表于Journal of Medicinal Plants Research )。這樣的問題在基于形態(tài)的分類中大量存在，因此，雖然DNA條形碼的鑒定目標(biāo)是種，但這些能獲得完全一致的條形碼的結(jié)果及分析值得關(guān)注，包括所選片段是否合適，實驗技術(shù)有無問題，是否確實是同種的分類問題等。

植物遺傳特性的影響

比如專家們提到的多拷貝問題、自然雜交問題、倍性問題等，均會影響到DNA條形碼的研究結(jié)果，其中倍性問題尤其麻煩，例如薯鎖科的野生黃獨、薯鎖的染色體倍性有2，4，8直至64倍等，其同種不同倍性個體的4個片段DNA條形碼序列有的一致，有的有很大差異。因此，大量關(guān)于種的倍性的前期研究以及如何確定準(zhǔn)確的目的材料就成為DNA條形碼研究的難點。

居群問題

居群問題一直是植物研究材料采集中的重要問題，研究中發(fā)現(xiàn)，一些物種的DNA條形碼有些片段在居群間的差異大于親緣關(guān)系相近的種間，如盾葉薯鎖居群間及小花盾葉薯鎖(相關(guān)研究已發(fā)表于PLoS ONE )，而DNA條形碼有些片段在個體間的差異大于居群間，如何首烏全分布區(qū)居群及每居群各10個個體的DNA條形碼研究。因此，作為最小實驗材料單位的個體，如何解釋或完好體現(xiàn)其窮舉性，怎樣采集是合理而有代表性的，是DNA條形碼研究的又一個難點。

一些特殊問題

如，雌雄異株植物是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，據(jù)報道，被子植物中有14620個種是雌雄異株植物，而雌雄異株植物在很多分子標(biāo)記或DNA標(biāo)記上存在差異，如薯鎖科植物。

再如，和化學(xué)成分相關(guān)聯(lián)的所謂化學(xué)型問題。蒼術(shù)在江蘇茅山采集樣品中以蒼術(shù)酮為主要成分，在湖北采集樣品中以蒼術(shù)醇為主要成分，研究表明，4個DNA條形碼片段中有2個在上述兩個樣品群體中存在明顯差異，當(dāng)然，究竟導(dǎo)致差異的原因是成分、環(huán)境還是居群遺傳特性，值得探討，但這里就提出是否應(yīng)該建立以植物模式標(biāo)本或模式標(biāo)本采集地的樣品為材料的“標(biāo)準(zhǔn)條形碼”。植物條形碼在植物生態(tài)學(xué)、進化學(xué)、分類學(xué)上已漸漸顯現(xiàn)出研究的重要性但還很不完善，也因此成為了值得探索的、前景寬廣的領(lǐng)域。