DNA“條形碼”瞄準生物大發現
2019年06月10日10:31

  來源:中國科學報

  本報訊 幾個世紀以來,生物學家一直在煞費苦心地以緩慢的步伐識別新物種,描述樣本的生理特徵,並經常試圖在命名和發表物種之前將其納入生命樹。如今,他們已經開始嚐試能否在幾小時內便將一個標本確定為新物種,而且很快就會以極低的成本實現這一目標。這是一場由短鏈脫氧核糖核酸(DNA)驅動的革命——這段DNA被稱為“條形碼”,旨在向人們熟悉的產品標識符致敬。結合快速、廉價的DNA測序器,這些“條形碼”的差異足以提供識別物種的標記。

  “生物多樣性科學正在進入一個黃金時代。”加拿大圭爾夫大學Paul Hebert說。6月16日,他領導的一個團隊將發起一項耗資1.8億美元的全球行動,旨在識別超過200萬種新的多細胞生物。其他研究小組也採用了這種方法,在實驗室里,甚至直接在野外對新物種的樣本進行梳理。目前,全世界的物種消失速度比發現速度還要快,因此生物學家對這項技術表示歡迎。

  “多年來,我一直夢想著改變這些規則,把一個便攜式基因組實驗室帶到樣本所在的地方。”意大利維羅納大學遺傳學家Massimo Delledonne說。他最近利用條形碼技術在婆羅洲島的森林中很快便發現了一個蝸牛新物種。“野外條形碼技術現在已經為黃金時段做好了準備。”

  生物多樣性專家估計,地球上有870萬到2000萬種植物、動物和真菌,但迄今為止,只有180萬種得到了正式描述。而昆蟲是一個未被發現的物種領域。一直在用小型DNA測序器開發條形碼技術的新加坡國立大學生物學家Rudolf Meier表示:“總體而言,它們在陸地棲息地的生物量可能超過所有野生脊椎動物的總和。”

  2003年,Hebert提出了DNA條形碼的概念——從一個樣本中測序不到1000個線粒體DNA堿基,就可以區分生物物種。過了一段時間,這個想法流行起來,但此時Hebert和其他愛好者已開始從已知物種中編譯條形碼。例如,在2010年,他領導了一個名為“國際生命條形碼”(iBOL)的團隊。這一耗資8000萬美元的項目以圭爾夫為中心,旨在建立一個已知物種及其識別序列的參考圖書館。它現在已有超過730萬個條形碼(每個物種都有不止一個),並且被證明是一種資源,不僅可以用來識別已知生物體,還可以用來記錄它們與其他物種之間的相互作用,包括基於特定樣本中的不同條形碼判斷是誰吃掉了誰。

  如今,在30個國際合作夥伴的資金和實物服務的支援下,iBOL即將開始為期7年的後續工作。該項目名為BIOSCAN,將在全球2500個地點收集樣本並研究物種間的相互作用,旨在將其參考圖書館擴大到1500萬條條形碼記錄,其中90%來自未描述的物種。

  Hebert說,這些數據將為監測汙染、土地利用變化和全球變暖對生物多樣性的影響奠定基礎。最終,“我們將能夠像追蹤天氣一樣追蹤地球上的生命”。

  此外,Hebert表示,與iBOL之前專注於為已知物種提取條形碼的做法不同,“這次的主要目標之一將是發現新物種”。如果軟件無法將一個樣本的條形碼序列與現有物種匹配,它將立即標記該樣本,從而進行更密切的遺傳和視覺檢查,並可能將其識別為新物種。

  過去,科學家可能要花費數年甚至數十年的時間才能確認某些生物體是新物種。例如,某些蒼蠅物種僅在雄性生殖器的形狀上有明顯差異。

  Hebert預測,定製的生物信息和測序儀可以一次讀取足夠的堿基,從而獲得完整的條形碼,這將使成本保持在一個較低水平——包括收集、保存、DNA提取、測序和後續分析在內,每個樣本大約1美元。他預計,測序部分的總成本最終將降至每個樣本約0.02美元。(趙熙熙)

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