DNA条形码在我国家禽种质资源保护中的应用研究

2016-03-11邓继贤杨秀荣蒋和生廖玉英韦凤英

甘肃畜牧兽医 2016年21期

关键词：鸡种条形码家禽

邓继贤，杨秀荣，蒋和生，廖玉英，韦凤英*

（1.广西壮族自治区畜牧研究所，广西南宁 530001；2.广西大学动物科学技术学院，广西南宁 530004）

DNA条形码在我国家禽种质资源保护中的应用研究

邓继贤1，杨秀荣2，蒋和生2，廖玉英1，韦凤英1*

（1.广西壮族自治区畜牧研究所，广西南宁 530001；2.广西大学动物科学技术学院，广西南宁 530004）

DNA条形码技术就是利用一段短的标准的DNA序列来鉴定不同的种群，从DNA水平，来确定不同种群系统发育的关系。随着对DNA条形码技术的研究，其应用范围也是越来越广泛。DNA条形码技术的研究先前在我国多侧重于植物和海洋及渔业的分类上，现在逐渐发展到对物种的鉴别应用上，特别是在家畜、鸟类和家禽上，都有所应用。本文就DNA条形码技术的特点、优势及在家禽种质资源保护方面的应用进行简要的综述，讨论了DNA条形码技术在家禽种质资源保护的意义，并对DNA条形码技术在我国地方家禽品种保护中的优势进行展望。

家禽；种质资源；DNA条形码；保护

我国是世界上地方家禽品种最为丰富的国家之一，拥有丰富的品种资源。畜禽品种资源是生物多样性的重要组成部分，是长期选择的结果，是人类赖以生存和发展的基石，是人类未来发展的重要基因库。我国地方家禽品种具有肉品质好、耐粗饲、抗病性强及对环境适应性强等优点，在世界家禽品种中占有重要的位置。随着国家对畜禽品种资源的重视，在很多地方建立了保种场或保护区，但受限于人们的认识及保种资金和技术限制，保种效果并不十分明显。而人们对于纯正地方品种的鉴别，也只是根据动物的外观和从业者或科技工作者的经验等传统方法来进行判断，对于其品种认定并没有一个严格的界定，严格意义上来说，对品种没有真正意义上的鉴别。DNA条形码（DNA barcoding)技术的出现为我国物种分类研究和动物保护等科学领域开辟了一条新的出路，也为经济家禽品种保护提供了一种新的鉴别方法。但目前在我国，这项技术的应用还没普及，对于家禽品种资源并没有很好的保护和充分利用其科学价值，相关的研究也仅限于对一些物种进行分类和简单的鉴别。DNA条形码技术就是利用一段短的标准的DNA序列来鉴定不同的种群，从DNA水平来确定不同种群系统发育的关系。应用DNA条形码技术能确定种群之间的亲缘关系，为更好地保护动物提供一些非常有价值的信息，对确定动物保护的基本单元非常有帮助。本文就DNA条形码技术的现状及其优势、DNA条形码在我国家禽领域应用现状及在家禽种质资源保护方面的应用和意义进行简要的综述，并就DNA条形码技术在我国地方家禽品种中的保护优势进行展望。

1 DNA条形码技术研究现状

在2003年，加拿大的Hebert教授[1]首次提出了利用线粒体细胞色素C氧化酶I(Cytochrome c oxidase subunit I，COI)来构建物种鉴别体系的DNA条形码。自Hebert教授提出之后，DNA条形码技术经历了快速发展。同年，在美国冷泉港就真核生物DNA条形码的科学性和社会功能先后举行了两次专门会议来讨论，并就此提出了国际生命条形码计划（International Barcode ofLife，iBOL）。随后在2004年，“生命条形码联盟”（the Consortium for the Barcode of Life,CBOL）在美国华盛顿成立；同年，“生命条形码联盟”与美国国家生物技术信息中心（NCBI）建立合作关系，NCBI平台同意收录测序所获得的DNA条形码标准序列。生命条形码数据库（Barcode of life data systems,BOLD）在2007年正式启动，为全球的DNA条形码研究者或从业者提供数据共享和交流的平台。国际生命条形码计划于2010年正式启动。截至2014年4月，BOLD收录了包含动物、植物、真菌和原生生物等四大类，总计超过了21万种生物，条形码序列总计超过290万个。而我国的生物条形码研究相对比较晚一些，在2011年先后成立的生命条形码南方中心和北方中心两个中心，目前我国的生命条形码信息管理系统（data.barcodeoflife.cn）以不同的类群生物为记录单元，收集了我国所有生物的DNA条形码序列，以及物种描述等相关信息，目前该平台共收录了动物、植物、微生物三大类群，共超过18 000个样本，序列信息超过了23 000条。

DNA条形码技术是以线粒体基因为基础的，目前的研究表明，在不同种群的DNA条形码标记基因有很多，且存在较大的差异，如在动物中常用的COI基因、NDI基因、Cytb基因、COII基因和16S rRNA基因等；在植物中常用的matK基因；真菌中的插入间隔序列(ITS)以及原生生物条形码基因质体扩增子(UPS)等。但在DNA条形码的选择上，由于COI基因进化快，且与其他基因序列相比较而言，很少有缺失和插入的突变，从而Hebert等[2]曾极力推荐把COI作为一个最佳的候选通用条码来鉴别动物物种；Miner等[3]认为COI基因的密码子第3位碱基不受自然选择压力的影响，可以自由变异，而具有蛋白编码基因所共有的特征。目前，在动物条形码研究中，COI基因的应用最为广泛，且被证明是动物分类鉴定中是最有效的条形码基因[4-8]，而ITS、Cyt b、NDl等基因序列也被作为DNA条形码，并能成功的鉴别动物物种[9,10]。

2 DNA条形码技术的优势

DNA条形码技术可以避免物种在形态学分类上的缺陷，能加快物种的鉴定及挖掘隐存的物种，其国际上共享的条形码数据库资源也为生态学、医学、生物地理学、生物工程、物种保护及进化生物学等研究领域提供重要的参考资料。Hebert等[2]认为DNA条形码技术可以用来区分和鉴别物种，发现新的物种，通过分析变异的基因序列和种群的遗传结构，重新构建物种和高级阶元的演化关系。与传统的形态学分类方法相比较，DNA条形码技术主要有以下几个方面的优势：

2.1 可以准确地鉴别表型变化大的物种，使物种鉴定的界限更加清楚

有些物种受环境的影响，外部表型变异大，常规的分类方法难以区分，而应用DNA条形码来进行物种鉴定的时候，通常采用一些特定的遗传变异值来区分物种，能弥补传统形态学分类的不足，更客观地鉴定物种。

2.2 可以准确鉴别不同发育时期的个体，不会受到生物生长阶段的影响

有一些生物在不同的发育阶段和不同的生长环境，其形态的变化很大。然而DNA在个体发育过程中始终不会改变，从而DNA条形码的鉴定结果也不会受到影响，所以采用DNA条形码技术可以鉴定处于不同发育阶段的生物个体。

2.3 能够区分形态相似度很高的生物

对于外部形态极为相似的物种，应用传统的形态学方法是很难区分的，而DNA条形码技术就能从基因水平准确区分此类物种，有利于物种的分类，有时候还能够发现一些隐存物种。

2.4 不受生物个体大小的影响，可以鉴定濒危物种和未知物种

对于一些没有妥善保存、外部形态或信息不完整的生物体，可以利用DNA条形码技术进行区分鉴定。或者对于一些珍稀或濒危物种，不能方便取样，那么只需获得其粪便、毛发或微少组织中的DNA物质，就能加以鉴定。

2.5 可以加速物种的鉴定和发现新的物种

DNA条形码应用通用引物，可以一次性大批量的扩增和测序，从而提高了物种鉴定速度。而利用汇聚全球物种资料的DNA条形码数据库，便可以加速新物种的发现。

2.6 成本低廉、方便快捷

DNA条形码技术能够用较低的成本，可以快速获得所需要的信息，且DNA条形码方法简单，即便是非专业人员也可以利用该方法进行物种鉴定。相比而言，要获得形态学特征的数据比较费时，而且对于一些物种形态学数据根本无法获得[11]。因此，应用DNA条形码技术进行物种鉴定和分类是可行的。

3 DNA条形码在我国家禽种质资源保护中的应用

DNA条形码在2003年被发现以来，在其数据库、条形码数量、研究领域和方法都得到了快速发展。在包括灵长类、腹足类、啮齿类、蝶类、蚌类、鱼类、昆虫类、蚁类、甲壳类、蚯蚓类、原生动物和两栖类等都有报道[4,7-10,12-14]，但是在哺乳动物家畜方面的研究较少，在鸟类和家禽方面鲜有报道。如Hebert等[15]以COI条形码就鉴定出了8种有疑问的鸟类。在我国的家禽领域，DNA条形码技术也有较多研究。徐向明[16]测定了3个地方品种鸭COI基因的部分序列，证明利用COI基因序列可以进行品种鉴定。高玉时等[17]测定了我国6个地方鸡品种的COI基因的两段序列，研究结果表明，Bar1序列可以用作地方鸡品种鉴定条形码；而Bar2序列不利于做品种鉴定序列。王洁[18]研究了我国三个地方品种鸭的COI序列的差异，结果表明3个品种的差异与形态学分类基本一致。屠云洁等[19]以大骨鸡、安义瓦灰鸡和金湖鸟凤鸡3个地方鸡种为研究对象，利用DNA测序技术测定了COI基因序列，结果表明，选择的这段COI基因序列在3个地方鸡种中有3个突变位点，为4个单倍型。认为3个品种的DNA分类和形态学分类基本一致，该基因可以探讨地方鸡种分类问题。屠云洁等[20]利用COI基因序列对我国7个地方鸡种进行分子评估，发现了存在22个突变位点，为13个单倍型，其中有11个单倍型为各品种所特有；其中6个鸡种有其特异性位点，认为这些特异单倍型和特异位点可以作为DNA条形码进行分子评估，并可以作为辅助各品种鉴定的依据。唐修君等[21]以中国2个新发现鸡种资源金湖乌凤鸡、安义瓦灰鸡及地方鸡种狼山鸡为研究对象，利用DNA测序技术测定了COI基因序列，揭示2个新发现资源COI基因的遗传多样性及其与地方鸡种的遗传关系。结果显示，选择的这段COI基因序列在2个新发现资源和狼山鸡中有10个突变位点，为7个单倍型，其中有3个为特异性突变位点，5个特异性单倍型。认为利用COI这一特定基因的特定片段来作为DNA条形编码的基础，进行不同鸡品种鉴定具有方便、快捷、经济、准确等优点，是可行和有效的。薛茂云等[22]以狼山鸡和鹿苑鸡为研究对象，利用DNA测序技术测定了COI基因，结果表明选择的COI基因序列有15个突变位点，共9个单倍型，其中狼山鸡有3个特异单倍型，鹿苑鸡有5个特异单倍型，这为寻找品种鉴定依据奠定了基础。虞德兵等[23]利用COI基因测序方法对云南省施甸县地方鸡种进行了研究。虞德兵等[24]对中国9个地方鸭和1个番鸭品种的COI基因进行了测定，结果显示所有家鸭个体在l517位点出现1个T碱基缺失。番鸭与家鸭的mtDNACOI基因碱基组成相似；9个鸭品种个体共检出11种单倍型，单倍型的多样度为0.856。高玉时等[25]以13个中国地方鸡种和2个国外引进品种为研究对象，利用DNA测序技术测定了COI基因，认为这一特定基因的特定区段可以用来做DNA条形编码，进行不同鸡品种鉴定，具有可行性和有效性。从以上的这些研究报道可以看出，当前中国地方家禽品种的分类体系有所研究，但所涉及的品种较少，还不是很全，分子标记数量也很有限。通过对核DNA和线粒体DNA的序列信息分析，来探讨我国地方家禽品种的系统发育问题，可为保护我国地方家禽品种提供遗传物质本身DNA依据。

4 展望

我国地域辽阔，品种资源多样性丰富，是世界上畜禽遗传资源最为丰富的国家之一。我国养禽历史悠久，家禽地方品种资源丰富，不仅物种、类群齐全，而且种质特性各异，各具特点。因此，也建议应用现有的技术水平，根据品种志上列出的家禽品种，以及新发现还没有列入家禽品种，采集品种样本，建立一个包含该品种的图片、生活地点及环境、个体名称及生长情况、年龄、采集的时间等一些重要信息的我国地方家禽（主要是鸡和鸭）的DNA条形码数据库是非常有必要的，这对于保护我国地方家禽品种，尤其是一些濒危或濒临灭绝的品种的基因资源和品种信息等都是至关重要的。建立的家禽DNA条形码数据库，不论从应用价值出发，还是从科研角度来看；不论从眼前的利益出发，还是长远的发展来看，建立标准的数据库，都将给我国地方家禽品种的科研和商业领域带来无可估量的经济价值和社会价值。

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（编辑：高真贞）

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