COI序列: 影响动物分类学与生态学的DNA barcode

DNA barcode是一段特殊的、可用于物种鉴定的DNA序列。目前在动物中最常用的DNA barcode是细胞色素C氧化酶1号基因（COI）的部分序列。随着标准数据库的建立，基于COI基因的DNA barcode在动物分类学和生态学中得到了广泛应用。但是，采用COI基因作为DNA barcode所隐含的涉及线粒体的进化历史、遗传特性和物种成种时间的默认前提，并非完全成立，由此引发了许多问题。本文阐述了基于COI基因的DNA barcode对分类学和生态学的影响，目前存在的问题，以及可能的研究方向。

DNA barcode 是一段特殊的 DNA 序列,可以用于辨别物种,许多时候还可以用于研究近缘种之间的进化关系。Hebert(2003a)根据线粒体基因的进化速率、突变特点、大多数物种的存在时间、细胞色素C氧化酶1号基因的进化特点和 已有的研究结论(Cox &Hebert,2001),设想将细朐色素C氧化酶1号基因的部分序列作为动物的 DNA barcode。随后,他做了一系列验证性研究。第1个实验是利用 COI 基因把若干物种归入所属门、目，并将若干鳞翅目昆虫个体归入所属的种,都取得了成功(He bert et al. ,2003a)。第2 个实验是在 11 个动物门内选取了约2200 个物种,进行种内和近缘种间 COI 基因部分序列两两比对，结果显示 90%以上的物种种间差异明显大于种内差异(例外主要来自腔肠动物)(Herbert et al.,2003b)。综合2 个实验结果， Hebert 认为，他所选取的片段存在种内和种间差异的阈值,可以作为除腔肠动物以外其他各门动物的 DNA barcode。第3个实验是在分类和系统发育研究较为完善的北美鸟类中进行 COI 基因序列测序和建树。序列的比对能够区分大多数物种，建立的系统树和传统分类学大致相同。Hebert 等( 2004b)据此认为,COI 基因的序列在相当程度上如实反映了物种之间的真实进化关系。

由于 Hebert 等的工作，人们接受了将 COI 基因部分序列作为动物 DNA barcode 的设想,这个序列也逐步成为了物种鉴定最常用的分子标记之一。许多研究计划已经展开,直接目的都是获得尽可能多的物种的相关序列,确定各个物种序列比对的标准。涉及物种较多的有以下几个:针对鳞翅目昆虫的 All Leps Barcode of Life 计划(www.lepbarcodingorg)，针对全球鱼类的 Fish Barcode of Life Initiative 计划(www.fishbol.org),针对加拿大物种多样性研究的 The Canadian Barcode of Life Network计划(www.bol net.ca),针对全球鸟类的 All Birds Barcoding Initia tive 计划(www.barcodingbirds.org),针对极地生物的 Polar Barcode of Life 计划(www.polarbarcoding ca)。此外,还有许多具有强针对性的计划，例如，大利亚的鱼类(Ward et al.2005)、马达加斯加的蚂蚁(Smith et al.,2005)、北美洲的鸟类(Hebert el al.,2004b)、甲壳纲动物(Lefebure et al.,2006a)等。

随着这些计划的展开，COI 基因部分序列，目前的动物 DNA barcode 在分类学和生态学领域的影响逐步加深.

作为一个新近流行的分子标记，COI 基因的片段已经影响了分类学的知识积累和工作流程，也影响了生态学许多需要物种鉴定的研究领域，发现了许多过去难以发现的问题。与此同时，一些涉及到选择 COI 基因片段作为 DNA barcode的基础研究还不够。所以，未来应加强以下2方面研究:1)继线扩充各种记录不同物种 COI 序列的标准数据库，同时,这些数据库将向着综合更多信息的方向发展。例如，判决性的形态特征、分布区域等(Ratnasing ham &Hebert,2007)。研究者提供数据时也会同时加入种群大小分布区域等更多因素的考虑(Kerret al.,2007)。数据库的扩增和变化方法不仅使基于 COI 基因的 DNA barcode 方法更加准确，还有助于更好地发现过去忽视的进化和生态问题。2)针对利用COI基因辨别物种所需要的前提。研究者将探讨各种例外产生的原因，并检查在经历不同历史事件,特别是隔离,并系或多系的物种形成,发生之后COI 基因辨别物种的准确性是否能够保证。