DNA条形码对鹭类和猛禽类鸟类的识别和鉴定

摘要

DNA条形码技术是通过选取一段标准化的基因区域来对物种进行分子描述，其在物种鉴定方面已经取得了很大的成功。在动物类群方面，线粒体COI基因648bp片段被选为DNA条形码标准序列来实现对物种进行鉴定，这是由于其在能够保证足够变异的同时又很容易被通用引物扩增。
　　 鸟类的研究工作相对完善，已然成为一个较为稳定和成熟的分类群，给DNA条形码研究的开展提供了其他动物类群所无法比拟的优越条件，因此其常被作为检验作为物种鉴定工具的DNA条形码有效性的良好模型。本研究检验了线粒体COI基因648bp序列在鸟类中进行DNA条形码研究的可行性，主要分为两部分：第一部分对新鲜样本开展全长DNA条形码研究；第二部分筛选出相对较短的条形码片段用于猛禽博物馆陈旧标本的物种鉴定研究。
　　 第一部分通过对34种鹭科鸟类进行DNA条形码研究发现，绝大多数物种种间遗传距离显著大于种内遗传距离，在近源物种中，周属种间差异平均约是种内差异的8倍，因此物种间能够进行准确的识别和鉴定。在NJ树上，物种间的聚类趋异模式分为四种：单个物种不同个体形成单系列（支持度较高＞95％），单个物种不同个体形成单系列（支持度较低），单个物种不同个体形成并系列，多个物种形成单系列。在研究中我们发现部分物种种内差异同地理差异是相关的，即随着地理尺度的变大，其种内差异也会随之增大，但同时，这些物种与同属其他物种间的种间差异则更大，因此利用COI条形码对其鉴定不存在问题。然而，COI条形码却未能将分化时间较晚的年轻物种或存在基因渗入的白鹭属部分近缘物种准确的识别出来。另外，我们又成功获得了其它67种鸟类的83条DNA条形码序列，COI在对其中的14种有序列差异的鸟类鉴定中也不存在问题。
　　 接着我们初步探讨了作为DNA条形码的COI基因在鸟类系统发育分析中的可行性。NJ树聚类显示大部分物种均能按照种、属、科的分类形成单系，各个分类阶元间的聚类情况与它们的亲缘关系也基本吻合。其中鹭科麻鳽亚科的苇鳽属和麻鳽属、黑鳽属之间相互嵌套，亲缘关系较为混乱，雀形目各科之间NJ树聚类解析度也较低，COI基因不能准确显示它们之间的系统进化关系，建议采用多个基因联合分析，同时采用进化速率相对较慢的核基因探讨鸟类高级阶元间的系统发育关系。
　　 第二部分我们首先采用模拟实验将BOLD数据库中猛禽230个样本的序列拆成3或6段相同大小(216bp或108bp)的片段，选用Full-barcode、Mini-barcode216-1和Mini-barcode108-1三个片段数据集以Kimura-2-parameter(K2P)为参数构建NJ树，并进行遗传距离分析得出的解析度准确性依次为84.1%、78.3%、75.2%，其中片段长度及其位置的选择极其重要；然后进行实验验证，设计PCR引物扩增23个猛禽博物馆陈旧标本的DNA条形码指定序列5′端114bp、中间103bp和3′端121bp片段，并结合17个猛禽新鲜样本截取后的相应片段共111条短片段条形码序列，分别以单一片段和两两组合后的片段序列数据集为分析基础计算物种鉴定的准确性，得出114+103bp合并序列为85.0%、114+121bp为85.7%。由此得出，微型DNA条形码鉴定猛禽物种是可行的，其和DNA条形码一样均可作为猛禽物种鉴定的可靠依据。
　　 总的来说，线粒体COI基因部分序列用于鸟类的DNA条形码研究是可行的：同时，相对较短的条形码序列在对一些难以获得全长条形码序列的标本进行鉴定时仍具有很高的应用价值。另外，更密集的种内和种间采样将会进一步增加DNA条形码对物种鉴定的准确性。