已有571种植物灭绝!科学家如何区分不会说话的植物?

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近日,英国皇家植物园科学团队发表首个全球分析报告,指出自1750年以来,人类对自然的破坏已经造成571种植物灭绝。科学家表示,植物灭绝的速度比自然预期的要快500倍,这对“所有物种来说都是坏消息”。

571种!在感慨叹息之余,你有没有想过面对那么多植物,科学家是如何区分它们的呢?

物种分类鉴定难题由来已久

实际上,不论是对普通爱好者还是植物分类学研究者,甚至是为国执法的森林警察来说,都是一项犯难的课题。物种的准确鉴定是人类认识自然、合理使用生物资源、保护濒危物种、控制有害物种的首要前提,是人类社会可持续发展的重要基础。

从林奈提出科学的生物物种命名法规至今,历经250多年的传统分类学研究,科学家仅仅命名了170多万种生物。物种的发现和鉴定以及对生物多样性的认识和揭示依然任重道远。传统分类学研究主要依靠物种的形态学特征(如植物的花和果)来判别,而对这些特征的把握往往离不开对某一生物类群的长期观测积累。

目前的现状是,由于需要较强的专业背景,物种鉴定往往是少数人的“专利”。另一方面,由于各种原因,分类学被冠以“传统”和“古老”的标签,分类学家的研究成果被低估,国家对分类学这一基础学科的投入逐渐减少,分类学成为冷门学科,传统分类鉴定本身的局限性和不断缩编的分类学家队伍,使传统的基于物种形态学的鉴定面临巨大挑战,已无法满足社会发展的巨大需求。

随着分子生物学技术特别是DNA测序技术的快速发展,早在20世纪80年代,就有研究者探索使用生物的一小段遗传信息 (DNA序 列)对病毒 、细菌、原 生生物、考古发现物等缺乏明显形态特征的生物体进行鉴定。但直到2003年,加拿大圭尔夫大学教授、加拿大皇家学会会员保罗•赫伯特(PaulHebert)才正式提出“DNA条形码”概念,成立了生命条形码联盟,并随后发起了国际生命条形码计划(International Barcode of Life Project,iBOL)。

国际生命条形码计划

国际生命条形码计划是一个拥有加拿大、中国、欧盟和美国四个中心节点,以及10个区域节点(澳大利亚、阿根廷、巴西、印度、墨西哥、新西兰、挪威、俄罗斯、沙特阿拉伯和南非)和9个国家节点(哥伦比亚、哥斯达黎加、肯尼亚、韩国、马达加斯加、巴拿马、巴布亚新几内亚、秘鲁和巴基斯坦)的重大国际合作计划。

DNA条形码技术的研究和应用成为全球性生物学及其相关领域的研究热点。2008年6月,我国成立了国际生命条形码中国委员会,并启动了“国际生命条形码——中国项目预研”、“重要生物DNA条形码系统构建”、“依托种质资源库的植物DNA条形码研究”和“《中国植物志》的数字化和DNA条形码”等一系列有影响的重大项目。

作为世界生物多样性热点国家,虽然我国DNA条形码的研究启动相对较晚,但起步较快,投入较多,仅仅是昆明植物研究所,在中国西南野生生物种质资源库等平台的支持下,短短5年内,就已完成了274科2300多属近万种植物的约10万个DNA条形码测序工作,并搭建了“中国珍稀濒危植物DNA条形码鉴定平台”等数据分析平台,初步建立了中国植物DNA条形码系统框架。

DNA条形码技术有何神奇?

通俗讲,DNA条形码技术就是提取不同物种的一段或少数几段特定并有差异的遗传信息,建成标准DNA条形码信息数据库。当遇到需要鉴定的样品时,提取它的DNA条形码信息,并运用生物信息学技术,在数据库里进行比对,找到所属物种,即完成鉴定。DNA条形码技术首先要确定标准的条码片段。目前,动物的标准条码片段主要是线粒体基因上的某一段序列。而植物的标准条码片段比较复杂,由叶绿体基因组和核基因组分别提供部分片段作为核心片段。在不同植物类群中,有时还辅以其他1 ~ 2个片段。

与传统基于形态学的物种鉴定相比,DNA条形码序列的检测更稳定。同一物种如果生长在不同环境,处在不同的发育阶段(如幼叶、落叶等),或鉴定物是物种不同的组织器官(如毛发、碎片等),这些都不影响测定结果,只要待测物的DNA条形码序列与数据库比对完全一致,就能够快速准确鉴定出来。

▲DNA条形码技术物种鉴定流程图

DNA条形码让待测物“自报家门”

一旦建立起完善的标准数据库,即使在植物分类学专家也很难给出鉴定结果的情况下,运用DNA条形码技术,也往往能起到意想不到的效果。比如:

橄榄油是西餐使用的主要油料,然而,橄榄油市场充斥着假冒和欺诈行为。在DNA条形码技术产生之前,食品质量监督机构如美国食品和药物管理局(FDA)等均没有有效途径鉴别出掺有菜籽油或葵花籽油等油品的橄榄油。自从印度和美国的科学家使用DNA条形码技术后,他们成功将正品橄榄油和其他油料区分开,并开发出了一套适用于橄榄油制品的快速检测方法,有效维护了橄榄油市场的健康秩序。

近年来,随着DNA条形码数据库的不断完善,这种快速可重复、准确又可靠的技术被应用得越来越广泛,国内外均有大量成功案例。中国西南野生生物种质资源库分子生物学实验中心通过使用DNA条形码技术,成功鉴定真假兰花、苦刺花树根皮、真假川贝母等使用传统分类方法难以鉴定的物种。

文章来源:知识就是力量

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