文章來源：科技日報

■ 新聞緣起

　　近日，以“生命條形碼與人類未來”為主題的中國科協第31期新觀點新學說學術沙龍在北京中國科學院動物研究所舉行。

　　分類學家、免疫學家、昆蟲學家等幾十位專家聚集在一起圍繞DNA條形碼這一新興科學，就“DNA條形碼技術可以普遍適用于昆蟲各個類群嗎”、“COI可以作為鑒定動物的標記基因嗎”、“影響DNA條形碼區分物種的精確性的因素有哪些”等方面展開了深入討論。

　　那該技術具有哪些特點和優勢？物種鑒定可靠么？用哪個基因或一段非編碼的DNA片段來做標記？

　　DNA條形碼識別系統，能成為一種快捷、精確、自動化、全球通用的分類鑒定工具嗎？

　　野外露營時，被不知名的蟲子咬了一口，擔心是否有毒？

　　只需用隨身攜帶的DNA條形碼掃描儀輕輕刷一下小蟲子，儀器上顯示它的名稱等信息。還想了解更多？你可以上網，在全球通用的物種DNA條形碼數據庫中進行檢索，了解這一物種的特性及應對方法。這再也不是遙不可及的夢想。

　　這就是DNA條形碼技術。

　　——現狀——

　　傳統分類方式已無法滿足需求

　　中國科學院動物研究所研究員喬格俠介紹,按最保守估計，目前地球上已知物種有1000萬，一個人基于形態學能夠辨認的物種不過1000種。而且，目前基于形態學的手段辨認物種相對比較復雜，效率低，需要很長時間，過多依賴于經驗進行判斷。如果按照傳統的測算方法鑒定，可能需要1500年，甚至1.5萬年，才有可能完成全球基本的生物物種的編目。

　　現在，全世界急需尋找一種快捷、精確、自動化、全球通用的分類鑒定工具，建立一個統一標準的、以DNA條形碼為基礎的識別系統。但是，針對生物界有150多萬種物種，DNA條形碼識別系統的建立工作十分艱難。

　　——困境——

　　建立統一標準并非易事

　　確立DNA條形碼分4步：首先，對標本進行形態學鑒定；隨后，確認標本來源是否涵蓋現有的該物種的分布區域；再次，確認研究的物種的數目是否足以反映該類群的整體情況；最終，確保測序的準確性和覆蓋度。

　　“從條形碼本身來講，物品的條形碼是唯一的。但是對于生物來說，我們所用的條形碼不是人為編制的，是形成的一個基因序列。在不同的物種間和物種內有變異的范圍，唯一性不強。”據南開大學昆蟲學研究所研究員卜文俊介紹。

　　“現在的做法是，變異范圍是一個經驗值，比如2%、3%的序列差異。”卜文俊介紹，分子體現的是同一物種下的多樣性，而如何記載同一物種中的大量的變異問題。是換成不同的物種記載，還是記載物種下的變異類型？這成為DNA條形碼工作中的難點。

　　此外，由于DNA條形碼選擇600個基因左右長度隊伍中進行標記確認，而有些物種并不能提供這樣長度的、連續的基因。而對于另外某些物種來說，600個基因的長度又不足以確定其物種的屬性。因此，如何選擇所有物種通用的基因長度標準又成了DNA條形碼的挑戰。

　　從分子角度看，由于選定的基因只是體現了一部分的分子多樣性，還有大量的分子多樣性體現在其他的基因上。因此，在認識物種的過程中，需要結其他數據進行確定。

　　——目標——

　　建立全球統一數據庫

　　喬格俠說：“DNA條形碼序列應該提交到專門的條形碼數據庫中。重要的是，根據DNA條形碼進行物種識別的前提條件是已經測得并建立了相關類群所有物種的條形碼標記的數據庫。”

　　然而，建立公共數據庫，并不像想象中的那么容易。根據卜文俊介紹，建立一個庫需要很多的要素，地理分布、照片、生物學的記載、系統發育或者是種群學的數據，還需要跟其他大的數據庫進行連接。“也許這個庫最終不是一個單一的庫，而是生物多樣性記載的一個庫。分子的數據通過條形碼來體現。”

　　對于這個數據庫的特性，卜文俊則說：“它應該是一個公共的數據庫，全球參與。”在數據庫建好之后，也可以引入商業機構，進行基于數據庫的其他分析。

　　如何向這樣的數據庫中添加內容？喬格俠描述了理想架構及建構流程：第一，依托于收藏機構，掌握各種標本材料，便于分析判斷；第二步，通過技術手段獲取DNA信息及相關信息；第三步，對獲取的數據進行挖掘分析；第四步，將相關信息及標記序列提交到已經建立的共享平臺數據庫中；最后，再由分類學家進行物種鑒定，同時提供形態學、生物學的信息，并對結果進行校對。

　　——措施——

　　優先發展緊急物種

　　“曾經出現過這樣的情況，某地發生鼠疫，當地一直按照原有方法進行控制，但2年后才發現一個新的鼠疫發源地，結果DNA條形碼工作鑒定后，人們才知道這個物種根本不是原先想的物種。”中國疾病控制中心傳染病研究所研究員劉起勇說起這樣的事情時，不無遺憾。當大規模流行病或疫情來臨時，如何確定流行病或疫情的病源，成為了防疫控制工作的第一步。

　　據劉起勇介紹，在常規病媒生物監測和病原地調查和疫情處理過程中，需要在現場處理大量標本，而且標本鑒定不能做到細致準確。全國曾有一萬人從事媒介生物建設，但這里面真正能進行準確分類的不到1%，分布也很不均衡。“當緊急情況來臨時，不可能在短時間內有很多分類學家到現場去工作。現在越來越要尋求一種對于分類專業依賴性較小的技術，那就是DNA條形碼技術。”劉起勇肯定地說。

　　在疾病控制中，DNA條形碼技術用于標本和樣品的準確鑒定和分類，也可以做進一步分類調查，確定該物種是不是病原。隨著分子生物學技術成本不斷降低，通過基因序列分析進行標本的鑒定將成為主要手段。

　　據劉起勇介紹，我國的疾病系統每年都要大量的媒介生物標本和樣品進行鑒定，DNA條形碼主要用于建立條形碼數據庫。“我們對內容做了一個規劃，爭取三到五年的時間，對主要的病原微生物建立DNA條形碼和標準。隨后，再用三到五年的時間，在全國較發達地區進行推廣，或者有意愿的地區進行推廣，在疾控系統逐步形成DNA條形碼數據庫和DNA條形碼分類鑒定技術。”

　　除了常規病媒外，對重要保護動物、農林害蟲等進行DNA條形碼的鑒定也十分緊迫。建立覆蓋全球已知所有物種的數據庫并非一朝一夕之事，于是，優先發展那些稀缺的、重要的物種DNA條形碼鑒定，就成為了目前科學家實行的優先策略。

　　這些物種你認識嗎？如果應用DNA條形碼技術，你就會很輕松地區分它們。

■ 對話專家

　　DNA條形碼如何在中國啟動?

　　科技日報：現在我國DNA條形碼工作在國際上處于一個什么樣的水平？

　　喬格俠（中國科學院動物研究所研究員）：我國在世界DNA條形碼方面跟進很快，我國是生物條形碼協會(Consortium for the Barcode of Life)的成員，而且起步很早，跟國際水平基本不相上下。

　　科技日報：我國目前有多少科學家從事這項事業？

　　喬格俠：中國條形碼委員會北方中心的負責人，推動了很多工作。我統計過，有幾個國家基金也在支持做這個工作，但是從目前來看沒有一個統一的規范和標準。所以這樣就是，你做你的，我做我的，最終這些數據很難發揮作用的。

　　我們工作能夠標準化和規范化，是非常有益的。這對于DNA條形碼技術有一定的要求。用什么樣的規范做，包括從標準的采集和選取，包括信息的搜集、錄入、規范等，還包括DNA條形碼分子流程。

　　這個工作最終形成有關中國的完整的DNA條形碼技術規程。我們畢竟跟國外不一樣，實驗室比較小，比較分散。在加拿大，他們類似于有DNA條形碼的“工廠”去測序，這和我們的階段是不一樣的。所以這個技術規程對我們未來DNA條形碼是有幫助的。

　　科技日報：對于DNA條形碼在我國的啟動策略，您有什么建議和想法？

　　喬格俠：對于類型啟動的策略方面，至少要分類基礎好。如果不考慮應用價值，但是分類基礎好，這一塊我就可以優先啟動；如果考慮應用價值，對于農林害蟲、藥用昆蟲、媒介昆蟲、傳粉昆蟲、重要保護動物、具有重要理論價值的物種，可以優先啟動。

　　要想把這個推得讓國家重視，基于應用價值，先啟動做，應用學逐步就可以跟進，這是一個策略。另外，中國DNA條形碼的數據庫平臺，在中國南方中心和北方中心共同努力下，這個節點已經建成了，跟加拿大總體結構是一致的。

　　我們國家現在啟動類群還是比較少，思想轉變還是相對比較慢，另外在項目支持方面，目前僅僅都是一些優先的種子基金。