DNA条形码在水生动物物种鉴定中的应用

余海军 王茜

摘要 水生动物是一类主要生活于水中的动物类群，其具有种类多样、分布广泛、复杂难辨等特点，但是对于水产动物的物种鉴定长期以来一直困扰着相关方面的专家和学者。随着DNA条形码技术的提出，其已被成功地应用于水生动物的物种鉴定。整理总结了国内外使用DNA条形码在水生动物物种鉴定中的应用。

关键词 水生动物;DNA条形码;物种鉴定;应用

中图分类号 S 917.4  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2021）16-0001-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.16.001   开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Application of DNA Barcoding for Species Identification in Aquatic Animal

YU Hai-jun1，2， WANG Qian2

（1.Center of Animal Husbandry and Fisheries， Bijiang Agriculture and Rural Affairs Bureau， Tongren，Guizhou 554300;2. Key Laboratory of Aquatic-Ecology and Aquaculture of Tianjin， College of Fishery， Tianjin Agricultural University， Tianjin 300384）

Abstract Aquatic animals are a group of animals that mainly live in water， with the characteristics of diverse species，wide distribution， complex and difficult to distinguish. However， the identification of aquatic animal species has long troubled experts and scholars in related fields.With the advancement of DNA barcoding technology， it has been successfully applied to species identification of aquatic animals.This study summarized the application of DNA barcodes in the identification of aquatic animal species at home and abroad.

Key words Aquatic animal;DNA barcodes;Species identification;Application

中国是世界上内陆水域面积最大的国家之一，内陆水域面积约2 700万hm2，占土地总面积的2.8%;其中江河面积约为1 200万hm2，湖泊面积约为800万hm2，水库8万余座。江河、湖泊及水库等既是渔业生产的捕捞场所，又是增殖、养殖的基地，内陆水域可供渔业养殖的面积约为560万hm2，从而构成了中国水生动物种质资源丰富、鱼类栖息环境多样、物种多样性高等一系列特点。由于大量特有鱼类资源野生种群濒危且水产养殖品种繁多，导致水产市场混乱，常出现鱼龙混杂、以坏充好的现象[1]。为此，需要一种快速、简便、高效的鉴定方法，快速定位濒危物种，并及时采取保护措施。

虽然国内有关水生动物的研究在近年来层出不穷，且不断得到国外相关学者的认可，但是较国际研究水平，该类群研究还是相对薄弱，原因在于国内形态学鉴定的缺陷，而且大多数传统分类学家因年龄等关系均已退出相關研究[2]。由于缺乏基础研究，在相当长的时期内，国内对于水生动物缺乏准确的种类鉴定能力，同时也作为一种制约因素严重阻碍了与之相关的水产养殖、渔业资源、环境生物学等其他学科的研究和发展。

总而言之，国内水生动物研究工作者要面对的工作任重而道远，还有大量艰苦的基础研究任务需要完成，并需要更多的研究人员参与;目的是为生物科学、农业科学和环境科学等学科提供有效且可信的科研资料，而且这些研究成果必将有益于中国渔业资源的合理开发利用以及为中国和国际水生动物研究的深入交流奠定基础。为此，笔者在现有文献的基础上，对水生动物物种鉴定的研究现状进行综述。

1 DNA条形码简介

DNA条形码[3-4]最简单的定义是从基因组中标准部分提取一个或几个相对较短的基因序列，用于识别物种。其与形态学鉴定相比，优势表现在：不受制于物种雌雄和不同生命阶段的影响，不受表型可塑性和遗传可变性的影响[5];可以鉴定一些群体中的隐存分类单元，并能快速且可靠的识别所有生命形式的物种层次，包括动物、植物、真菌、微生物;因而可利用其对物种进行有效鉴别。DNA条形码由Hebert于2003年首次提出，提出之后发展迅速，现已成功用于分类鉴定和生物多样性评估;在论证物种群落组成、食物链和种内遗传变异方面也有所研究[6-8];同时也扮演着生物安全和淡水生态监测中一个不可缺少的角色[9-12]。

在线粒体基因中，细胞色素氧化酶亚单位I（COI）是分子量较大、保守且存在变异的基因[13-15];据王茜[16]所述，COI基因不适合用于分类阶元较高的科、亚科及族间的系统发育关系研究，而适用于属、种及种下阶元的系统发育关系。其次，COI基因易被通用引物扩增，很少有外源基因插入或基因缺失[17]，具有高突变率[18];Hebert等[4]通过分析动物界11门物种超过13 320条序列，结果支持COI作为DNA条形码分子标记基因。因此Hebert等[19]选取COI基因中658对碱基对（bp）的短DNA序列，作为一个实际化、标准化的动物DNA条形码标准序列。

2 DNA条形码在鱼类物种鉴定中的应用

鱼类是一类广泛分布于全球各种水体中的低等脊椎动物，现已发现的鱼类约32 000种。其在水系生态系统中扮演着不可或缺的角色，世界分布广泛，品种繁多，只依据外部形态特征对其进行准确鉴别存在一定的难度。近年来，随着分子生物技术的不断发展，分子系统学在鱼类系统学领域也得到了广泛的应用，其中DNA条形码就在鱼类的分类鉴定中发挥着重要作用。柳淑芳等[20]通过DNA条形码对石首鱼科19属30种进行了系统分类研究，结果证明了DNA条形码能有效对石首鱼科鱼类进行物种鉴定，同时提出了将其用于石首鱼科的属、种分类单元系统发育的探讨。马春艳等[21]采用COI基因作为DNA条形码分子标记，对棱鳀属6种鱼类进行系统分类研究，结果证明了DNA条形码能对棱鳀属鱼类进行有效的物种鉴定。柳淑芳等[22]对鲉形目8科12属13种进行了DNA条形码分析，结果表明DNA条形码用于鲉科鱼类鉴定具有一定的可行性。张稚兰等[23]基于DNA条形码技术对蛇鳗科7属10种进行了分类鉴定研究，结果表明DNA条形码可以有效鉴定蛇鳗科鱼类。唐楚林等[24]通过对中国沿海19个地点11种笛鲷属鱼类73个样本进行DNA条形码分析，表明DNA条形码技术能够对笛鲷属绝大部分鱼类进行有效的区分。贾程豪等[25]对中国大陆近海菖鲉属鱼类新记录种三色菖鲉（Sebastiscus tertius）进行DNA条形码研究，结果显示该种单独聚为一支，与形态学鉴定其为新记录种的研究结果相符。王楠等[26]基于DNA条形码技术对17种市区售鲑科鱼进行物种检测，结果证实了DNA条形码技术可用于鲑科鱼类的物种鉴别。刘红艳等[27]通过对鳅科鱼类3亚科18属61种进行DNA条形码研究，探讨其在鳅科鱼类物种鉴定中的有效性，结果显示COI条形码可以鉴定鳅科鱼类75.41%的物种。

3 DNA条形码在甲壳类物种鉴定中的应用

甲壳类动物为水生动物的主要类群之一，在淡水中和陆地上均有分布。目前，基于DNA条形码技术对甲壳类动物进行物种分类鉴定的研究较为普遍。Bucklin等[28]基于COI基因对40种磷虾进行DNA条形码分析，结果表明其能够有效地鉴定磷虾类物种。Radulovici等[29]对甲壳动物39科60属87种进行DNA条形码分析，结果显示95%的甲壳类物种能通过DNA条形码显著区分，同时发现有4个种类的种内遗传距离较高（3.78%～13.60%），推断可能出现隐种。Costa等[30]采用COI基因对甲壳动物23目150个物种进行DNA条形码研究，发现其条形码结果与传统形态分类结果一致，据此认为DNA条形码可作为甲壳动物物种鉴别的有效手段。白俊等[31]通过对秦岭山脉地区华溪蟹属（Sinopotamon）淡水蟹进行DNA条形码研究，结果显示DNA条形码能准确鉴别光泽华溪蟹指名亚种（S.davididavidi）、兰氏华溪蟹（S.lansi）、长江华溪蟹指名亚种（S.yangtsekiense）、凹肢华溪蟹（S.depressum）和福建华溪蟹（S.fukienense）等物种。王娜泠[32]利用DNA条形码技术对浙江沿岸常见的6种蟹类70个个体进行DNA条形码研究，结果表明DNA条形码能够准确鉴定研究中的6种蟹类。徐武杰[33]运用DNA条形码对鄱阳湖流域华溪蟹属淡水蟹类进行分类鉴定，结果显示DNA条形码可作为华溪蟹属淡水蟹类物种鉴定的辅助分类工具。原帅[34]使用COI基因对甲壳动物2个类群89个个体进行DNA条形码研究，结果证明了DNA条形码在甲壳纲物种鉴定中具有可行性。

4 DNA条形码在贝类物种鉴定中的应用

贝类属于软体动物，世界分布十分广泛，种类丰富，目前已知有1.1万余种[35]，许多贝类生物由于外形差异不显著，且能随着环境的诱导而出现趋同进化的现象，从而难以区别[36]。为此，有些学者将DNA条形码技术应用于贝类的分类鉴定。邹山梅[37]运用DNA条形码技术对中国沿海骨螺科17个分类比较混乱的种类进行物种鉴定分析，结果显示DNA条形码技术能有效区分所有研究的种类。王琳楠等[38]基于COI基因对中国沿海地区帘蛤目4科5属6种进行DNA条形码研究，研究结果为将DNA条形码技术应用于帘蛤目贝类的物种鉴定中提供了一定的依据。苏金荟[39]基于COI基因作为DNA条形码的分子标记对中国蚌科14属41种进行研究，结果表明将COI基因作为DNA条形码标记有利于中国蚌科的物种鉴定。吴彪等[40]选用COI基因对帘蛤目72种进行DNA条形码分析，结果显示DNA条形码与物种形态特征匹配的成功率为87.9%。张晓洁等[41]运用DNA条形码技术对中国沿海蜑螺科贝类3属7种进行物种鉴定研究，结果显示种内遗传差异均小于种间遗传差异，即存在明显的条形码间隙，表明DNA条形码能有效鉴定蜑螺科贝类物种。张国武等[42]利用DNA条形码技术对新疆地区采集的21种淡水贝类进行分类鉴定。

5 DNA条形码在其他水生动物物种鉴定中的应用

在其他水生动物物种鉴定中也有一些关于DNA条形码的报道。叶朝阳等[43]基于COI基因对龟鳖目动物9科26属45种进行DNA条形码分析，结果表明利用条形码技术鉴定龟鳖目物种具有可行性。律迎春[44]利用DNA条形码分析海参群体，发现海参的种间遗传距离明显大于种内遗传距离，表明DNA条形码能对海参种类进行分类鉴定。张珰妮等[45]以COI基因作为DNA条形码对北部湾北部的水螅水母类2亚纲5目13科19属28种进行了有效的物种鉴定。

6 DNA条形码的不足

DNA条形码鉴定成功率的高低决定其是否能高效鉴别物种，其鉴定成功率很大程度上取决于DNA条形码空白区（DNA barcoding gap）的存在，即种内和种间遗传距离的差异;如果二者存在很大交叉范围（overlap），则鉴定成功率会降低[46-48]。Hebert等[49]基于对鸟类的研究，提出10倍的平均遗传距离可以作为最大种内变异的阈值，并提议将此阈值作为一个通用标准;但已有学者发现DNA条形码应用于同科的不同类群时，其产生的阈值存在较大差异而无法统一[50-51];导致这样的结果据推断可能与以下原因有关，即某个种群内的物种丰富且遗传多样性高[52]，引起种内和种间遗传距离出现重叠[48];或者DNA条形码空白区边界模糊不清[53]。为此，Meier等[54]通过研究提出一个观点，即物种阈值不应该是一个给定的数值，而应根据不同类群来对其进行合理划定。综上所述，在进行DNA条形码研究時，应根据其研究的类群来分析其阈值，而非人为规定一个阈值用于界定所有的水生动物。

7 展望

DNA条形码的问世，推动了物种快速鉴定的可行度。尽管DNA条形码在新种的鉴定以及隐种的发现上有显著优势，但是如果否定物种自身的形态特征，以及生态环境改变而发生的局部变异等相关因素，完全依靠条形码对物种进行鉴定和分类，仍然也会造成很多潜在的问题。此外，用于DNA条形码的标记基因为线粒体基因COI，其具有母性遗传的特点，如果某些类群中存在隐性基因（Nucler mitochondrial DNAS）[48]，就会导致分子鉴定中出现偏差，从而影响最终的鉴定结果。总体来说，只有将DNA条形码技术与形态学研究结合起来，才能对水生动物达到快速、精确、高效、科学的鉴定。

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