COI对分类学的影响

近年来,随着更多研究工作的开展，一方面在更多的动物类群中确认了基于 COI 基因的 DNA bar code 方法的有效性(Kerr et al.,2007;Smith et al.,2008);另一方面也发现了许多例外(Trewick，2007)。这些例外表明,仅用某个基因包含的信息不能囊括传统分类学的所有内容和功能(Ebach & Holdrege,2005;Gregory,2005;Trewick,2007)。综合各种研究结果，人们重新评价了这种 DNA barcode对分类学的影响。

首先,DNA barcode 作为动物分类标准中的一个新方法,减少了传统的依据形态的分类方法对分类学带来的不利影响,尤其是记录未知物种方面(Pfenninger et al.,2007)。目前，大量个体小或形态特征少的物种仍然处于未知状态,特别是体长<1 cm的动物,绝大多数没有记录(Tautzet al.，2002,2003:Blaxter,2004),例如,昆虫已知种类约有100 万种,未知种类估计有300 万~3000万种:线虫类动物已知种类约2万种，未知种类约有10万~100 万种(Blaxter,2003)。由于常常采用基于形态特征的工作方式,传统分类学要将这些物种纳入记录，获取相关知识有许多困难。在记录新种的工作中引入COI基因以后可以快速给样品分群，在一定条件下还可以快速判定样品是否来源于已知物利(Miller,2007)。这种快速判断在某些情况下显得尤为重要,因为传统分类学大多数情况下有更加关注成年个体的倾向,对幼体和卵经常描述不够详细，导致对许多样品辨别能力不足，DNA barcode 方法则没有这种限制。另外,在缺乏形态变化的动物类群中,依赖形态特征的工作方式往往会导致混乱和错误(Lazoski et al.,2001),其中最常见的情况是把多个形态相似的物种误认为一个物种(Tautzet al.，2002:Tautz et al.,2003),例如,在引入分子标记以前,由多物种组成的塔斯马利亚山虾(Anaspides tas- maniae)长期被误认为一个种(Jarman & Elliott,2000)。如果在这些动物类群的新种探索中运用 DNA barcode 方法,可以克服许多形态特征带来的困难,最典型的例子是寻找隐存种。例如，研究者通过序列比对迅速在寄生蝇(diptera)(Smith et al.,2006;Pfenninger et al.,2007)、水螅(hydroid)(Moura et al.,2008)和蜉蝣(baetis)(Stahls & Savolainen,2008)等动物类群中找到可能来自新种的个体。在一个极端的例子中,利用 DNA barcode 方法,研究者在弄蝶(Astraptes fulgerator)中找到了10个可能的隐存种(Hebert et al.,2004a)。

DNA barcode的出现，不仅加快了记录未知物种的速度,减少了记录物种过程中对形态的依赖，同时也改变了物种鉴定的工作流程。在有充分研究背景的动物类群中,可能不需要再反复动用珍贵的模式标本和检索手册，只需要在公共数据库中做序列比对就能完成大多数物种鉴定工作。例如，Kerr等(2007)在考虑了种群大小、地理分布和成种时间等因素的前提下完成了几乎所有北美洲鸟类的 DNA barcode 记录工作以后,这些鸟类的物种鉴定可以通过序列比对完成。同样，Clare 等(2007)记录了圭亚那的蝙蝠的 DNA barcode 序列，比较了种内差异和种间差异以后,有关的物种鉴定工作，也可以通过序列比对完成。这种工作方式不仅简化了一般物种鉴定的流程,而且可以对许多传统分类工作难以处理的样品,例如,卵和某个阶段的幼虫等进行物种鉴定。此外,研究表明,DNA barcode 方法对形态特征依赖少,可以鉴定特殊样品的特点可能甚至会使古生物和灭绝生物研究受益。Lambert 等(2005)发现，灭绝动物恐鸟(moa)的COI种内多样性很低，而种间差异明显大于种内,认为足够长的 COI 基因序列同样可以作为这一类物种辨认的标记。由于恐鸟的灭绝时间不算太长，Lambert 幸运地得到了大约600 bp 的 DNA 序列,和通常物种鉴定所用的序列长度一致,但是,要将 COI 基因用于古生物和灭绝生物，就要面对 DNA 质量不佳,得不到足够长的特征序列问题，Haiibabaei 等(2006b)做了针对性的尝试,他们在澳大利亚鱼类中选取了 112 个属，204个物种的 697 个个体,又在鳞翅目昆虫中选取了4个属 61 个物种的 522 个个体,比较了 100 bp等较小长度的 COI 基因部分序列与标准的 600 bp 左右的序列辨别物和的能力，较小片段与标准片段在 90%以上的比较中都可以得出相同的结果，也就是说较短的 COI 基因部分序列相当大程度上保留了辨别物种的能力。由此推断，DNA 质量较差的标本和古生物遗迹,获得一定长度的 COI 基因片段以后仍然可以进行物种鉴定。