DNA條形碼是最近十幾年發(fā)展起來的一門生物技術, 具有標準、通用、快捷等優(yōu)點, 其主要目標是通過較短的DNA序列在物種水平上對現(xiàn)存生物類群和未知生物材料進行識別和鑒定。目前, 植物DNA條形碼已較成熟地應用于群落系統(tǒng)發(fā)育(或稱譜系)與進化生態(tài)學研究, 主要回答兩大科學問題:
(1)通過DNA條形碼構(gòu)建群落系統(tǒng)發(fā)育關系, 其核心理念是通過具有不同進化速率的DNA條形碼片段組合, 相對準確地構(gòu)建出特定森林群落的系統(tǒng)發(fā)育關系大框架, 且在科或者屬級分類階元下的類群能獲得比基于APG系統(tǒng)進化樹更精準的末端分支。
(2)將基于DNA條形碼的群落系統(tǒng)發(fā)育關系用于探討局域、區(qū)域乃至全球尺度上森林群落格局的構(gòu)建方式和維持機制 其核心理念是通過運用實測的DNA條形碼群落系統(tǒng)發(fā)育關系, 獲取更接近真實的群落系統(tǒng)發(fā)育結(jié)構(gòu)和多樣性分布格局, 減少發(fā)生統(tǒng)計誤差的概率。
此外, DNA條形碼作為一種非損傷性技術, 可量化動物取食特征和種子傳播交互網(wǎng)絡, 評估每種食果動物對不同小生境中種子雨的貢獻, 還可檢測不同食果動物是否選擇性地取食不同果實或種子類型, 在植食性特征和種子凋落格局之間構(gòu)建出溝通的橋梁, 進而構(gòu)建植食性動物與被取食植物的復雜網(wǎng)絡關系, 探討動植物協(xié)同進化關系。
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展, 如物種辨別、群落系統(tǒng)發(fā)育關系構(gòu)建、群落結(jié)構(gòu)探索和生物多樣性指數(shù)評價等,這主要得益于CTFS-ForestGEO 網(wǎng)絡和中國森林生物多樣性監(jiān)測網(wǎng)絡等研究平臺。當然, 其研究仍然存在一些問題:
(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, 部分數(shù)據(jù)尚未得到充分應用。為了有效使用現(xiàn)有數(shù)據(jù), 建議各樣地自行或授權(quán)上傳并管理相關數(shù)據(jù), 其他用戶經(jīng)過必要審核后可共享相應數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)擁有者和使用者之間可以進行實時交流, 實現(xiàn)跨區(qū)域數(shù)據(jù)管理、整合與應用。
(2)疑難類群的準確辨別仍有難度, 常規(guī)DNA測序技術及所獲得的數(shù)據(jù)難以滿足更多科研任務。對目標類群進行標本鑒定的一個重要發(fā)展趨勢是基于大量DNA條形碼序列的數(shù)據(jù)庫進行初步分子鑒定, 同時與形態(tài)、化學、細胞、化石等生物證據(jù)相結(jié)合。但是, 重建群落內(nèi)各物種起源過程, 探索物種的形成和分化速率, 預測未來演化進程等復雜科學問題, 需要借助更大規(guī)模的DNA序列數(shù)據(jù)庫和更強大的分析方法。轉(zhuǎn)錄組、全基因組測序等新一代生物技術能提供更多的遺傳信息, 有望在對疑難生物類群進行快速、準確識別的基礎上, 促進DNA條形碼序列信息在生態(tài)、進化和生物多樣性等方面的充分應用。
(3)最優(yōu)植物DNA條形碼有待更多的評價。選取合適的DNA條形碼對進化生態(tài)學研究至關重要。在動物和微生物研究領域, 通用DNA條形碼的應用和進展相對順利(前者: 線粒體基因細胞色素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, 它們只能識別70%左右的常見陸生植物種類甚至更少, 特別是在鑒定近緣和其他疑難類群時需要增加trnH-psbA和ITS等更多片段才能獲得較為理想的分辨效果。因此,今后可能會對陸生植物條形碼進行新一輪的評估,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, 作為一種實用技術, 植物DNA條形碼在生態(tài)、進化和生物多樣性保護等多個領域發(fā)揮著重要作用。當然, 在成為適用性更強、方法論更成熟的技術手段之前, 植物DNA條形碼仍有待完善,其在發(fā)展過程中遇到的部分難題可通過學科融合和技術革新逐漸得到解決。