動(dòng)物dna條形碼基因和隱存多樣性的研究

動(dòng)物dna條形碼基因和隱存多樣性的研究

1項(xiàng)目的背景和重要性1.1物種鑒定的困難物種是生物分類的基本單位，是遺傳信息的載體，也是生命和可持續(xù)發(fā)展的基本材料和人類可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。人類利用有益物種、保護(hù)瀕危物種和控制有害物種,必須首先認(rèn)識(shí)物種。傳統(tǒng)的生物分類學(xué)研究主要依賴于形態(tài)學(xué)特征鑒定,而形態(tài)特征的使用往往依賴于專家,而不同專家對(duì)物種認(rèn)知標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)果往往有差異。形態(tài)學(xué)鑒定的局限性和不斷縮減的分類學(xué)家隊(duì)伍使物種鑒定面臨巨大的挑戰(zhàn)。隨著貿(mào)易全球化的推進(jìn)、全球氣候變化的加劇,人類可持續(xù)發(fā)展對(duì)理解和認(rèn)識(shí)生物多樣性的要求日益迫切,物種的快速鑒定及對(duì)生物多樣性資源的可持續(xù)利用成為世界性的重大科學(xué)需求。加拿大Guelph大學(xué)教授和加拿大皇家學(xué)會(huì)會(huì)員PaulHebert于2003年提出了DNA條形碼(DNABarcoding)的概念,并隨后發(fā)起了國際生命條形碼計(jì)劃(InternationalBarcodeofLife,iBOL),并提出了基于基因片段鑒定生物物種的標(biāo)準(zhǔn)及其實(shí)施框架1.2應(yīng)用dna條碼目的人類研究DNA條形碼的核心是建立基于基因片段鑒定生物物種的標(biāo)準(zhǔn)。DNA條形碼不僅是傳統(tǒng)物種鑒定的強(qiáng)有力補(bǔ)充,更由于它采用數(shù)字化形式,使樣本鑒定過程能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化,突破了對(duì)經(jīng)驗(yàn)的過度依賴,并可利用有機(jī)體的殘片進(jìn)行快速有效的鑒定,能夠在較短時(shí)間內(nèi)建立形成易于利用的應(yīng)用系統(tǒng)。而且,DNA條形碼將為研究物種的進(jìn)化規(guī)律和遺傳變異提供獨(dú)特的海量數(shù)據(jù)。此外,基于DNA條形碼標(biāo)準(zhǔn)序列建立的系統(tǒng)發(fā)育樹將為研究生物進(jìn)化提供堅(jiān)實(shí)的模板。通過將任何生物學(xué)性狀(寄主、共生物、寄生物、食性、生殖特性、分布區(qū)等等)在系統(tǒng)發(fā)育樹上制圖,可以研究與生物進(jìn)化相關(guān)的進(jìn)化事件,如物種形成、專一性進(jìn)化、協(xié)同進(jìn)化、分化歷史、習(xí)性進(jìn)化和物種起源等等。DNA條形碼的快速海量積累,為大尺度、廣范圍地研究上述進(jìn)化問題以及深層進(jìn)化和種群遺傳學(xué)開拓了一條通道。認(rèn)識(shí)DNA條形碼標(biāo)記的進(jìn)化與變異規(guī)律是生命條形碼計(jì)劃發(fā)展的關(guān)鍵。通過研究COI等核心DNA標(biāo)記在不同生物類群種內(nèi)與種間(尤其是近緣種間)的變異規(guī)律,不僅可探討影響基因變異的基本因素,更是生命條形碼計(jì)劃發(fā)展的基礎(chǔ)。DNA條形碼研究將會(huì)導(dǎo)致大量新物種的發(fā)現(xiàn),使人們對(duì)生物多樣性有新的認(rèn)識(shí)。DNA條形碼技術(shù)將極大地促進(jìn)人類監(jiān)測、理解以及利用生物多樣性的能力,在生命科學(xué)、法醫(yī)學(xué)、流行病學(xué)以及醫(yī)藥、食品質(zhì)量控制等社會(huì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。國際生命條形碼計(jì)劃作為一個(gè)新的、國際性的大科學(xué)計(jì)劃,無疑將產(chǎn)生重大的科學(xué)影響和深遠(yuǎn)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)意義。2項(xiàng)目建設(shè)過程2.1ibol中國委員會(huì)國際生命條形碼計(jì)劃(InternationalBarcodeofLife,iBOL)由加拿大發(fā)起,組織全世界的生物學(xué)家,籌資1.5億加元,2009年正式啟動(dòng),第一期目標(biāo)是5年內(nèi)取得代表50萬個(gè)物種的500萬號(hào)標(biāo)本的DNA條形碼紀(jì)錄。中國科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所、動(dòng)物研究所、水生生物研究所是iBOL的核心承擔(dān)單位。2008年初,中國科學(xué)院組隊(duì)赴加拿大與iBOL組織進(jìn)行了雙邊會(huì)談和研討,共同簽訂了中國與iBOL的合作備忘錄。隨后,成立了由中國科學(xué)院和高等院校組成的iBOL中國委員會(huì),常設(shè)辦公室在中國科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所;同時(shí)醞釀成立兩個(gè)中心,即iBOL中國項(xiàng)目—南方中心和中國項(xiàng)目—北方中心,前者掛靠在中國科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所,后者掛靠在中國科學(xué)院動(dòng)物研究所。該委員會(huì)的主要任務(wù)是加強(qiáng)我國與iBOL組織的國際合作,從科學(xué)問題、技術(shù)問題、數(shù)據(jù)平臺(tái)、基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)等各方面進(jìn)行全面規(guī)劃和探討,以促進(jìn)我國DNA條形碼事業(yè)的發(fā)展,積極培養(yǎng)我國的研究與管理人才隊(duì)伍,搭建中國DNA條形碼數(shù)據(jù)庫體系和協(xié)同工作平臺(tái)。2008年10月,在北京召開了中加國際生命條形碼計(jì)劃會(huì)議,基金委及生命科學(xué)部有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)接待了與會(huì)人員的來訪,達(dá)成了合作推動(dòng)DNA條形碼研究的相關(guān)共識(shí)。2.2項(xiàng)目研究在大學(xué)在經(jīng)過前期的國際合作交流、調(diào)研及科技部和中國科學(xué)院預(yù)研的基礎(chǔ)上,重大項(xiàng)目“DNA條形碼標(biāo)準(zhǔn)基因的進(jìn)化和隱存生物多樣性研究”在2008年學(xué)部咨詢組會(huì)議(寧波)上進(jìn)行了匯報(bào),后經(jīng)過專家組、學(xué)部及有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的多次匯報(bào)、討論,對(duì)項(xiàng)目立項(xiàng)的理論價(jià)值、關(guān)鍵科學(xué)問題進(jìn)一步明確。該重大項(xiàng)目在2008年12月參加了基金委委務(wù)會(huì)議答辯,并順利通過立項(xiàng)論證,該項(xiàng)目與地學(xué)及信息學(xué)部交叉,隨后在2009年1月發(fā)布的“十一五”重大項(xiàng)目指南中予以公布。3重大項(xiàng)目的進(jìn)展2010年,基金委員會(huì)生命科學(xué)部共受理重大項(xiàng)目申請5份,其中項(xiàng)目申請1項(xiàng),課題申請4項(xiàng)。經(jīng)同行評(píng)議,評(píng)審專家全部回函。在綜合專家意見的基礎(chǔ)上,經(jīng)審批進(jìn)入項(xiàng)目論證答辯。2010年6月29日,項(xiàng)目論證會(huì)在北京會(huì)議中心召開?；鹞驇r主任介紹了基金委重大項(xiàng)目的意義和相關(guān)管理要求;生命科學(xué)部常務(wù)副主任杜生明介紹了該重大項(xiàng)目“動(dòng)物DNA條形碼基因和隱存多樣性的研究”的立項(xiàng)背景、同行評(píng)議情況和存在的主要問題。項(xiàng)目及各課題組進(jìn)行了論證匯報(bào)。專家評(píng)審組對(duì)該重大項(xiàng)目進(jìn)行了詳細(xì)的論證,經(jīng)過投票,最終該重大項(xiàng)目設(shè)立4個(gè)子課題:動(dòng)物DNA條形碼標(biāo)準(zhǔn)基因及高通量條形碼新方法的研究;部分兩棲爬行類物種DNA條形碼及其揭示的隱存生物多樣性、系統(tǒng)進(jìn)化探究;榕小蜂DNA條形碼標(biāo)準(zhǔn)基因的進(jìn)化和隱存生物多樣性研究;鯉科魚類DNA條形碼標(biāo)準(zhǔn)基因的進(jìn)化及其生物地理學(xué)研究。4個(gè)子課題分別由中國科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所、動(dòng)物研究所、水生生物研究所承擔(dān)。專家組對(duì)項(xiàng)目和各課題的設(shè)置、存在的問題、預(yù)期目標(biāo)等方面進(jìn)行了詳細(xì)討論,最后由生命科學(xué)部杜生明副主任向項(xiàng)目組傳達(dá)了有關(guān)的意見和學(xué)部對(duì)該項(xiàng)目的管理要求,提出要突出重大項(xiàng)目跨學(xué)部的交叉及各課題組的有機(jī)聯(lián)系。地球科學(xué)部及信息學(xué)部的相關(guān)學(xué)科也參加了項(xiàng)目評(píng)審論證會(huì)。2010年8月18日,該重大項(xiàng)目經(jīng)委務(wù)會(huì)討論,已正式批準(zhǔn)(國科金計(jì)項(xiàng)26號(hào))。該重大項(xiàng)目主要內(nèi)容擬選擇重要生物類群(兩棲爬行動(dòng)物、魚類、榕小蜂),將篩選和優(yōu)化DNA條形碼標(biāo)準(zhǔn)基因,進(jìn)一步發(fā)展動(dòng)物通用引物系統(tǒng),建立高通量技術(shù)方法;研究DNA條形碼標(biāo)準(zhǔn)基因進(jìn)化規(guī)律,為不同生物類群標(biāo)準(zhǔn)基因的選取提供理論依據(jù);揭示我國動(dòng)物的隱存多樣性,探討基于DNA條形碼序列發(fā)現(xiàn)新種和隱存種的理論和方法;四年期間(2011年1月至2014年12月),該項(xiàng)目將獲得DNA條形碼標(biāo)準(zhǔn)基因序列6000條,并整合到iBOL中國鏡像節(jié)點(diǎn),在國際上領(lǐng)導(dǎo)組織幾個(gè)重要類群的DNA條形碼研究;同時(shí)基于系統(tǒng)發(fā)育模板,