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DNA宏条形码技术在鸟类食性分析中的运用.pdf


文档分类:医学/心理学 | 页数:约7页 举报非法文档有奖
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】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。万方数据晏跣温爰际踉谀窭嗍承苑治鲋械脑擞张琚楠,,~.痡....研究内容。本文对一些传统鸟类食性鉴别方式及其不足进行回顾,传统鸟类食性鉴别方式包含扎颈法、剖胃法、粪便收集法、相机记录法等。随着测序技术的高速发展,晏跣温爰际醭鱿郑⒐惴河τ糜诙锸承匝芯俊=┠昀矗眉际跻脖挥物的选择做了详细介绍。对比传统鉴别方法,晏跣温爰际踅档土宋镏旨讯龋跎倭巳宋S跋煲蛩兀岣吡四勘暄本中物种的鉴定效率,能对粪便、胃容物等混合或不成型样本进行分析。另一方面,在扩增多物种混合的分械哪勘片段时,可能出现偏离,造成结果的不确定性,并且难以根据结果得出较准确各食物组分的比例。未来在使用宏条形码技术对关键词:食性;晏跣温耄籇条形码;鸟类摘要:鸟类在全球广泛分布,不同鸟类物种利用的食物类群存在很大差异,而食性研究是动物营养学和生态学领域的重要用于鸟类食性研究中。本文综述了跣温牒虳宏条形码的操作原理和条件,对鸟类食性研究中的跣温胗胍鸟类食性的分析中,可结合其他方法改善对食物的量化以及食物属性的判断。中图分类号:文献标志码:文章编号:———,,,珻,:琣瓺甌,,,,.,琲琣,瑃,:——接受日期:——作者简介:张瑁楠,女,硕士生,从事鸟类生态学研究。┦浚邮虑嗖馗咴窭嘈形!⒔捅;ど镅а芯俊—:畉篸;籥收稿日期:—万方数据鸟类是世界上最为繁盛的脊椎动物类群之一,在不同生态系统中占据着不同的生态位,是许多科学问题的重要研究载体。食性作为鸟类的重要****性,长久以来一直是鸟类学研究的重点。在个体生理层面,食性研究可以揭示鸟类消化生理与基因功能。在生物与生物相互作用层面,食性研究能探究鸟类不同性别食性分化心⑽镏旨渖环只等问题。在气候环境对生物的影响方面,食性研究能揭示鸟类繁殖时期对气候波动的适应以及影响鸟类迁徙路线的因素哺T谀窭嘤肴死嗟墓叵捣矫妫食性研究可以发现人类活动对鸟类****性的影响哺鸟类对农业生产的生态价值。对鸟类食性的研究不仅增进对其****性的了解,也对基础理论研究、环境保护及人类生产活动具有重要意义。在鸟类食性研究环节中,食物鉴定是一项困难基础且需耗费大量时间进行分类工作,在过去的研究中很少能提供精确的分类结果条形码技术利用生物基因组中一段特定序列作为物种身份识别编码,通过序列比对将不同类群生物相互区分,可以用一套标准流程完成对分类学跨度巨大的样本群体的物种鉴定,且不要求研究人员具有分类学科背景。随着庑蚣际醯姆⒄购筒庑虺杀镜慕低,近年来出现的晏跣温爰际醢能够一次完分析成为一种被广泛使用的研究方法。窭嗍承缘拇撤治龇绞接氩蛔他研究受到影响。相机记录方法是一种较为理想的非侵入性食物数据获取方式,在海鸟的食性分析中有较好的效果,然而需要影像中的食物保留有清晰的外形特征。对于胃容物与粪便样本,需要研究者有能力从已被消化或半消化的混合物中寻找动植物组织碎片来判断物种。通常每名分类学工作者只能做到对部分生物类群进行准确分类,在面对物种分类单位跨度较大的情况时会难以独立完成鉴定工作S醒д咧赋龀9嫘翁镏旨ǖ姆法有四项局限性。首先,用于物种识别的性状表型的可塑性和遗传变异性都可能导致错误的鉴定结果。第二,该方法会忽略形态上隐蔽的分类群。第三,由于形态上的关键特征通常仅对物种特定的生活史阶段或性别有效,会使许多个体无法识别。第四,现代信息交互式物种识别方法缺乏足够的专业性和严谨性。因此,需要一种新的方法从准确性和简易性上改进食性分析方式。晏跣温爰际醯母拍罴霸跣温爰际跣温爰际踔甘褂靡欢翁囟ǖ慕隙藾序列作为身份识别标记,该序列为某一类群的生物所共有,但在不同物种间的碱基序列有明显差别,便可利用该标记将不同物种区分开来。跣温这个词第一次出现在年心,但当时并未引起关注,于年正式提出这个概念¨。①结构性差异化:同一物种不同个体之间的基晏跣温爰际张瑁楠等:晏跣温爰际踉谀窭嗍承苑治鲋械脑擞引言的工作,传统研究方法要求研究者有扎实的分类学成对多个多物种混合样本的测序和分类工作,大大提高了对如胃容物、粪便等复杂食物样本的鉴定效率。利用晏跣温爰际醵允澄镂镏肿槌山本文回顾了鸟类食性传统研究方法的不足,介绍了晏跣温爰际醯幕驹碛氩僮髁鞒蹋点列举了在鸟类食性研究中常用的昙怯朐不同情况下相应引物的选取,并对未来食性分析技术方向提出建议。鸟类食性的传统分析方式为依托各种采样途径的形态学分析法,主要途径有幼鸟扎颈¨?、胃冲洗、诱导反流Ⅲ⑵饰竛?、粪便收集⑾嗷锹糿副等,各自具有不同的优势与弊端。在采样过程中,部分操作环节对鸟类干扰较大,使其生理状态和行为模式受到影响,剖胃采样甚至需要杀死被采样个体,这类研究方法在研究珍稀物种时代价过于巨大,且对生理和行为的干扰会使围绕该物种的其条形码技术提供了一套标准的操作流程,使没有分类学基础的研究者也可完成对各类物种的鉴定。一段跣温胄杈弑敢韵绿跫伞埃因序列应该是几乎相同的,但不同物种之间的基因序列应该是不同的。②标准化:不同分类学单位的物种使用相同的颉③系统发育信息丰富:目标蛴Π够的系统发育信息,以便将未知或尚未进行条形码建库的物种分配到它们的分类组簟⒖频。④可靠性:跣温胗Ω镁哂懈叨缺J氐囊物位点和高度可靠的┰龊筒庑蚬獭⑤轻便性:目标蛴Ω米愎欢蹋月在降解的样本中也有完整模板保留。通常,超过的蚝苣汛咏到獾腄中扩增出来。跣温爰际醯脑擞糜氩庑蚣际踅裘芙岷希依赖测序法的一代测序手段单次测序流程·万方数据通量较低,在面对大批量多样本时功能工作效率低下,而且难以解决混合样本的测序问题。随着高通量测序技术的发展,应对这类问题的晏跣温技术出现,实现对无法观测到形态学特征的混合样品的检测心俊S醒芯刻岢鯠宏条形码技术能够从含有降解幕肪逞净蚝谢旌螪的生物样本寥馈⑺⒎啾愕中自动鉴别多个物种晏跣温爰际跽狭薉条形码技术和高通量测序技术,首先通过合适的特异性引物对样品的目标蚪欣┰觯婧笠劳卸庑蚱教梢越鐾üゴ问笛橐淮涡缘玫绞谔序列数据心!=岷霞扑慊荽矸椒ǖ姆⒄梗晏跣温爰际跽瓜殖龆曰旌鲜澄镅贩治龅巨大优势。利用晏跣温爰际醵远锸承越行分析的基本流程如下:①食物样本采集啾悖溉菸锏。②提取食物样本中残留的③根据潜在的食物类群,选择适当的记,基于选用的跣温胙≡窈鲜实囊铩④通过┰觯邮澄镅局谢竦美┰鲎序列。⑤通过高通量测序平台,对玫酱罅康睦增子序列进行测序。⑥将所测序列进行整理、筛选,与相关数据库进行比对,确定出食物样本所含的物种的组成及谀窭嗍承苑治鲋蠨标记与引物的选取鸟类分布区覆盖全球,在不同类型的生态系统中占据多种生态位,不同种鸟类利用的食物类群差异巨大,无法通过某一种昙鞘迪侄运猩物种的鉴别,故在食物鉴别环节选用的昙切适配潜在的食物类群。例如,鉴定草食性鸟类食物需要寻找能够有效区分不同植物种类的条形码;食虫鸟类食物的鉴定则需要能够对整个节肢动物类群覆盖较好的昙恰R匀感文不同生物类群的昙恰种水平的其他跣温肜捶治龈丛拥氖澄镅荆这种策略可被称为逐层条形码技术心。由于利用晏跣温爰际跛治龅氖澄镅本通常为鸟粪或胃容物,不可避免地含有大量鸟体本身的庖G缶×垦∪∧芴匾煨越岷鲜澄镏物种类群,而非鸟类自身腄条形码,从而尽可能避免在┰龉讨心窭嘧陨鞤被大量扩增,以免在后续测序环节产生大量无效数据。另外,由于这些样本中的叨冉到猓岩实现对数百个碱基对的长片段扩增,需根据记降解后的片段情况重新设计引物。动物跣温线粒体细胞色素趸秆腔鵌基因线粒体细胞色素趸秆腔せ以下简称是在动物界使用最为广泛的物种鉴定条形码。由于该基因位于线粒体中,在细胞中具有多重拷贝的优势,在获取的原始局写罅看嬖凇有研究使用正向引物头聪蛞┰隽顺ざ仍的暾危明该位点在无脊椎动物ㄖ芯哂泄惴旱氖用性心。然而,对于粪便等样本,其中的食物残留尉现氐慕到猓岩曰袢⊥暾腃序片段心,用于降解样本中无脊椎动物的鉴定。近年来该引物在对食虫鸟类的食性研究中被广泛使用。有学者利用锒运闹帜窭唷!A饺、西伯利亚山雀、大山雀和蓝山雀粪便中的卫┰霾⒔蟹治霰榷裕ǔ鏊闹帜类的食性心引。然而,近年来也有研究发现在检测准确性上的不足,且对陆生节肢动物的覆盖,并提出新引物具有更高的精确度¨。该昙瞧毡樵擞糜诟髦帜窭嗍澄锏募别,在食虫鸟类食性研究中应用普遍旧颂翘錎韵录虺挥谙吡生物资源分类㈨为代表的许多鸟类类群包含大量广食性物种,为获取全面的食物物种组成,有时需同时使用多个针对为避免标记饱和,条形码区域的分类学分辨率也需要考虑。由于不同条形码区域的保守性及片段长度不同,适用的分类单元鉴定精度也不同,一些条形码区域仅能有效识别物种水平以上的分类单位。可以使用对物种分类覆盖率高但分辨率较低的跣温耄岷辖承┙细叻掷嗟ピ=馕鑫N,列。随后,有学者开发了引物狝痁—韵录虺芞┰鯟中约长度的度较低颂翘錎体希谙赴芯哂卸嘀乜奖矗彩枪惴菏褂的昙牵嘟嫌贑,哂懈颖J氐囊位点¨。同时囊镌诶┰龉讨心芨哺歉的分类单元哺引。该跣温胍脖挥糜谀窭嗍承匝究中,如使用四组不同的特异性引物猟·.和猟和—。万方数据用植物条形码对绿尾虹雉粪便样品的植物材料进行分析,从而描述欧亚黑顶林莺妒蚇猿す谄蠖旆啾阊綝中昙墙欣┰觯靡匀范ㄑ局刑囟晕顳是否存在,从而分析出长冠企鹅的食物种类,该研究表明该位点在鱼类、头足类、甲壳动物的鉴别中都有较好的效果暗。然而魑狣条形码,其用于比对的公共数据库数据量不够充足阳。核糖体小亚基核糖体小亚基以下简称来自于真核生物的核基因组,在真核生物中较为保守,在公共数据库中,大多数真核生物门都有氖菁锹肌但由于其过于保守,通常不能分辨到物种的水平¨。诤D竦氖承匝芯恐惺褂霉惴骸怠Mü鼶的食性,研究过程选择了后生动物中覆盖范围大的引物甋对核小亚单位核糖体虻够涵盖小蓝企鹅的食性广度,变量较少,但分辨率限制在类或科水平,通过分析发现了广食性小蓝企鹅未被记载的一种食物类群——以樽海鞘为主的浮游生物¨。颂翘錎颂翘錎基因也来自线粒体于年开发出的猇飉诩鸺棺粪便进行分析,使用引物猇ㄎ焕欠啾阒兴在植物界的分类鉴定中,未找到类似于珀勺通用绿体基因片段也和确定为植物曜在鸟类食性研究中,利用两种植物条形码和院诙チ州悍啾阒械耐暾肿雍推扑氖承蕴卣鳍鑍。有研究利用条形码技术分析粪便样本,从而比较滞虮泵蜂鸟的食性异同旧引。在研究过程中,针对滞北美蜂鸟的食性特征,选用了动物条形码苑便中无脊椎动物部分进行分析,针对粪便中的植物部分选择植物条形码也进行分析。有学者哺采条形码测序,对其测序数据进行分析,探究绿尾虹雉植食性食物及食物组成季节性变化。晏跣温爰际醯牟蛔中还存在着一些不足之处:①对于多物种混合的罚诮心勘昶不确定性哺。食性研究通常会在研究对象食物范围有大致了解的基础上,选择对主要食物类群针对性较好的引物或设计新引物哺。然而,一种引物对其所能覆盖的分类学单位中的不同物种斡胁煌的结合效率,会使输出的序列数量出现正偏倚或负偏倚哺。对于食物组成分类学跨度较大的物种,由于无法用单一引物覆盖所有食物类群,,7⒘艘恢掷枚喔黾有学者制定了“一个位点多个引物集”—猻—张瑁楠等:晏跣温爰际踉谀窭嗍承苑治鲋械脑擞琄和琠疭宏条形码技术在前人基础上进一步分析了小蓝企鹅区域进行扩增,该区域高度保守,提供的信息能动物物种中得到广泛的运用¨“。脊椎动物是大多数狼的猎物物种,对个研究地点收集的焕堑脊椎动物的线粒体蜃椴⒔淅┰觯ü分析量化了整个群岛狼食物的生物地理变异性目前暂未将糜谀窭嗍承匝芯恐械谋ǖ溃该条形码特征,可用于以脊椎动物为食的鸟类的食性分析中。植物跣温与动物不同,由于植物种间杂交现象普遍,同种基因在不同植物类群中的进化速率差异大等因素,条形码。年,在墨西哥召开了第三届国际条形码会议,会上生命条形码联盟植物工作组将叶条形码的核心条形码;叶绿体魏秃基因片段2钩涮趼搿=昀矗馑闹制伪广泛应用于高等植物的跣温搿’币约爸彩性动物的粪便分析¨”⒒肪潮;め·”妊芯恐小现阶段晏跣温爰际踉谀窭嗟氖承匝芯段扩增的过程中会出现偏差与错误,给食物分析带来定范围重叠的标记来分析鸟类食物组成,并对不同引物的结果进行整合得到更全面的食物组成情况幢“。——,牟呗裕词褂谜攵韵嗤点鏑基因的某部分屯环掷嗳如无脊椎动物募父鲆锛貌呗酝ü黾佣喔鲆锛提高样本中物种总覆盖率¨“。②难以根据检测结果对摄入的食物量做出准确量化。由于大多数鸟类的食物都包含多个物种,不同种生物体内昙呛俊⒉煌课簧硖遄橹昙呛坎煌贾虏庑虻玫降奈镏中蛄蟹度比例并不能代表鸟类摄食时的物种比例。同时,不同种食物的消化难度差异也会影响粪便等样本中残留的壤А步ǖ贾伦钪盏玫降氖菸薹还原食物数量上的原貌。现有研究中,评估使用椒ɑ竦玫亩渴葑既沸缘囊恢址椒ㄊ峭过研究已知食性的圈养动物粪便中的食物得准确的定量数据沁“。③无法判断食物所处生活史阶段哺“。判断食性·,.俊万方数据组成除了鉴别物种外,另一个重要信息是食物所处食物。此外,许多无脊椎动物在不同生活史阶段形的生活史阶段。物种在不同的生长发育时期,作为食物提供的营养价值不同,可能某种动物在成年期对于鸟类而言是低质量食物,而在幼年期是高质量态和行为差异巨大,如具有完全变态发育过程的昆虫类群,许多物种的幼虫阶段、蛹与成虫阶段生活区域与运动方式截然不同,其对于捕食者的捕食过程而言等同于三种食物,而在使用椒ㄊ敝换嵯示为无区别的同一物种,会对后续的分析造成干扰。笔者认为,可以结合野外觅食行为观察和粪便显微分析对鸟类食物所处的生活史阶段进行判断。蠢凑雇晏跣温爰际踉谀窭嗍承苑治鲋械挠攀在于降低了精确鉴定物种的难度,避免了形态学鉴定环节中由于研究者主观原因造成的鉴定错误,以及能够做到对混合样本中不成型的食物成分进行鉴定。主要面临的困难在于参考样本序列库的不完备、缺乏食物生活史状态的数据,以及食物量化困难。用于物种跣温胄蛄斜榷缘墓适菘平台建设一直在进行鏝珺,数据库已有超过蛱鮀条形码样本序列月检索猿<镏值母哺腔嵩嚼越全面。部分食性研究会对鸟类生活环境中的潜在食物进行本底采样,建立针对本研究的小型条形码数据库,以提高食物鉴定时宏条形码比对查阅结果的精度。对于食物所处生活史状态的数据,建议联合形态学方法对食物进行分析以获得全面数据。在研究区域进行本底物种调查划定潜在食物范围嵋,结合采样时间的控制,可以对食物样本绶啾中的物种生活史状态进行推断。在食物定量判断方面,如果能获得足以区分不同生物个体的长序列,可以初步判断食物量。晏岢隼基因组概览形镏旨ǖ姆,可以跳过晏跣温氲腜扩增环节,一生物资源法定条件下能够达到鉴别出单个个体的精度,未来具有定量分析食物的潜力。参考文献瓻瓹珺甁甀..甁·,,:.,,—,。—甇,,:.甀,,瓸:.,,...——.:珹琓琫.:琈.:猶琖甅—瓼:—.瑃琣.——培琙琇.—一猰琑瑅琍甎珻琍‘‘‘。:猅琋琑瓵—。:.珻簍甶!,。甌,緍緍【緍【緍【万方数据张瑁楠等:晏跣温爰际踉谀窭嗍承苑治鲋械脑擞甆甀—甈,,—狟琓瓵,,:瓹·,—.:.甅:—.瓹,,:....,。—.,,篹..,,:—.甇翰...:,瓽:珻琫瓸琕.——甅,,琈。。琈—琀琫,,:.,,—琖,,:.琒甋琀琫瓻——琀.—琈篿琣—:.篹現—,,:—.琇,,.—.瓵篠,—.珺琑珺瓺—琍琓瓺琄琋瓺珻:..珼琒.:—琇甿,,.琕:珿畉瑃畉琂瓽珽:琇口甀痳甈珹.—,,—万方数据瓼.:甆狧瓹..,,..—.甅瓵:生物资源·琕:.:.。—,,篹.//琖,:,,:..,,,—,,:—.,,:—.瓹.,,:甅嗉赫爬龊:.琒.:——琈.—琙.,,:.—:.。.琓瓺甈猼:,.珻琀簃琒珺琫瓺:珹猄·。!。。篴琫甀珻╝甈甉:琈.——瑃口:,,:—.珹珼珺琾,:琂:琒.,:.篿琂琀篿,,:—:.,,:—.,。

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