Research advance in DNA barcode technology

Abstract

Abstract:

The DNA barcode technology enables rapid, accurate detection and identification of species through the use of short standardized DNA fragments. This paper reviews the major research methods, advancing progress and current difficulties and controversies of DNA barcodes, the possibility of global adoption of this technology and the highlights in the DNA barcode research at the present, and analyzes the prospect of domestic application of this technology.

Key words: DNA barcode, Species identification, Analytic method

摘要：

DNA条形码通过使用短的DNA标准片段，对物种进行快速、准确的识别和鉴定。文中简略概述DNA条形码的主要研究方法、进展趋势以及所面临的困难和争议、全球采用条形码技术的可能性及当前DNA条形码热点研究等方面内容，并展望该技术在国内的应用前景。

关键词: DNA条形码, 物种鉴定, 分析方法

CLC Number:

Q349.55

MA Ying, LU Liang. Research advance in DNA barcode technology[J]. Chines Journal of Vector Biology and Control, 2010, 21(3): 275-280.

马英1，2，鲁亮2. DNA条形码技术研究新进展[J]. 中国媒介生物学及控制杂志, 2010, 21(3): 275-280.

References

［1］ Dayrat B. Towards integrative taxonomy［J］. Biol J Linn Soc，2005，85（3）：407-415.
［2］ Hebert PD， Ratnasingham S， de Waard JR. Barcoding animal life： cytochrome c oxidase subunit 1 divergences among closely related species［J］. Proc Biol Sci，2003，270 Suppl 1：S96-99.
［3］ Chase MW， Salamin N， Wilkinson M， et al. Land plants and DNA barcodes： short?term and longterm goals［J/OL］. Philos Trans R Soc B，2005，360：1889-1895. （doi：10.1098/rstb.2005.1720）
［4］ Ebach MC， Holdrege C. DNA barcoding is no substitute for taxonomy［J/OL］. Nature，2005，434：697. （doi：10.1038/434697b）
［5］ Gregory TR. DNA barcoding does not compete with taxonomy［J/OL］.Nature，2005，434：1067. （doi：10.1038/4341067b）
［6］ Hebert PDN， Penton EH， Burns JM，et al. Ten species in one： DNA barcoding reveals cryptic species in the neotropical skipper butterfly Astraptes fulgerator［J］. Proc Natl Acad Sci USA，2004，101（41）：14812-14817.
［7］ Hebert PDN， Stoeckle MY， Zemlak TS，et al. Identification of birds through DNA barcodes［J］. Plos Biol，2004，2（10）：1657-1663.
［8］ Ratnasingham S， Hebert PDN. BOLD： the barcode of life data system （www.barcodinglifeorg）［J］. Mol Ecol Notes，2007，7（3）：355-364.
［9］ Eddy SR. Profile hidden markov models［J］. Bioinformatics，1998，14（9）：755-763.
［10］ Kelly RP， Sarkar IN， Eernisse DJ， et al. DNA barcoding using chitons （genus Mopalia）［J］. Mol Ecol Notes，2007，7（1）：177-183.
［11］ Koski LB， Golding GB. The closest blast hit is often not the nearest neighbor［J］. Mol Ecol，2001，52（6）：540-542.
［12］ DeSalle R. Species discovery versus species identification in DNA barcoding efforts： response to Rubinoff［J］. Cons Biol，2006，20（5）：1545-1547.
［13］ Little DP， Stevenson DW. A comparison of algorithms for the identification of specimens using DNA barcodes： examples from gymnosperms［J］. Cladistic，2007，23（1）：1-21.
［14］ Elias M， Hill RI， Willmott KR，et al. Limited performance of DNA barcoding in a diverse community of tropical butterflies［J］. Proc R Soc Lond B，2007，274（1627）：2881-2889.
［15］ Abdo Z， Golding GB. A step toward barcoding life： a model?based， decisiontheoretic method to assign genes to preexisting species groups ［J］. Syst Biol，2007，56（1）：44-56.
［16］ Woese CR. Phylogenetic trees： whither microbiology？［J］. Curr Biol， 1996，6（9）：1060-1063.
［17］ Wirth T， Le Guellec R， Veuille M. Directional substitution and evolution of nucleotide content in the cytochrome oxidase Ⅱ gene in earwigs （Dermapteran: Insects）［J］. Mol Biol Evol，1999，16（12）：1645-1653.
［18］ Teletchea F， Bernillon J， Duffraisse M，et al. Molecular identification of vertebrate species by oligonucleotide microarray in food and forensic samples［J］. Appl Ecol，2008，45（3）：967-975.
［19］ Hajibabaei M， Singer GAC， Clare EL，et al. Design and applicability of DNA arrays and DNA barcodes in biodiversity monitoring［J］. BMC Biol，2007，5（1）：24.
［20］ Neigel J， Domingo A， Stake J. DNA barcoding as a tool for coral reef conservation［J/OL］. Coral Reefs，2007，26：487-499. （doi：10.1007/s00338-007-0248-4）
［21］ Leclerc M， Juste C， Marteau P， et al. Intestinal metagenomics and nutrition［J］. Ann Nutr Metabol，2007，51（1）：13.
［22］ Ward RD， Zemlak TS， Innes BH， et al. DNA barcoding Australia’s fish species［J］. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci，2005，360（1462）：1847-1857.
［23］ Matz MV， Nielsen R. A likelihood ratio test for species membership based on DNA sequence data［J］. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci，2005，360（1462）：1969-1974.
［24］ Rubinoff D， Holland BS. Between two extremes： mitochondrial DNA is neither the panacea nor the nemesis of phylogenetic and taxonomic inference［J］. Syst Biol，2005，54（6）：952-961.
［25］ Kress WJ， Wurdack KJ， Zimmer EA， et al. Use of DNA barcodes to identify flowering plants［J］. Proc Natl Acad Sci USA，2005，102（23）：8369-8374.
［26］ Kress WJ， Erickson DL. A two?locus global DNA barcode for land plants： the coding rbcL gene complements the non?coding trnH?psbA spacer region［J］. Plos One，2007，2（6）：508.
［27］ Pennisi E. Wanted： a barocde for plants［J］. Science，2007，318（2）：190-191.
［28］ Saunders GW. Applying DNA barcoding to red macroalgae： a preliminary appraisal holds promise for future applications［J］. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci，2005，360（1462）：1879-1888.
［29］ Seifert KA， Samson RA， Dewaard JR， et al. Prospects for fungus identification using COI DNA barcodes， with Penicillium as a test case［J］. Proc Natl Acad Sci USA，2007，104（11）：3901-3906.
［30］ Elias M， Hill RJ， Willmott KR， et al. Limited performance of DNA barcoding in a diverse community of tropical butterflies［J］. Proc Biol Sci，2007，274（1627）：2881-2889.
［31］ Sevilla RG， Diez A， Noren M， et al. Primers and polymerase chain reaction conditions for DNA barcoding teleost fish based on the mitochondrial cytochrome b and nuclear rhodopsin genes［J］. Mol Ecol Notes，2007，7（5）：730-734.
［32］ Smith MA， Wood DM， Janzen DH， et al. DNA barcodes affirm that 16 species of apparently generalist tropical parasitoid flies （Diptera:Tachinidae） are not all generalists［J］. Proc Natl Acad Sci USA， 2007，104（12）：4967-4972.
［33］ Floyd R， Abebe E， Papert A， et al. Molecular barcodes for soil nematode identification［J］. Mol Ecol，2002，11（4）：839-850.
［34］ Chantangsi C， Lynn DH， Brandl MT，et al. Barcoding ciliates： a comprehensive study of 75 isolates of the genus Tetrahymena［J/OL］. Int J Syst Evol Microbiol，2007，57（6）：2412-2425. （doi：10.1099/ijs.0.64865-0）
［35］ Sogin ML， Morrison HG， Huber JA， et al. Microbial diversity in the deep sea and the underexplored “rare biosphere” ［J］. Proc Natl Acad Sci USA，2006，103（32）：12115-12120.

［36］ Blaxter M， Elsorth B， Daub J. Defining operational taxonomic units using DNA barcode data［J］. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci，2005，360（1462）：1935-1943.
［37］ Evans KM， Wortley AH， Mann DG. An assessment of potential diatom “barcode” genes （cox1， rbcL， 18S and ITS rDNA） and their effectiveness in determining relationships in Sellaphora （Bacillariophyta）［J］. Protist，2007，158（3）：349-364.
［38］ Scicluna SM， Tawari B， Clark CG. DNA barcoding of Blastopystis［J/OL］. Protist，2006，157（1）：77-85. （doi：10.1016/j.protis.2005.12.001）
［39］ Delong EF. Microbial population genomics and ecology： the road ahead Environ［J］. Microbiol，2004，6（9）：875-878.
［40］ Tringe SG， von Mering C， Kobayashi A， et al. Comparative metagenomics of microbial communities［J］. Science，2005，308（5721）：554-557.
［41］ Johnson PLF， Slatkin M. Inference of population genetic parameters in metagenomics： a clean look at messy data［J］. Genome Res，2006，16（10）：1320-1327.
［42］ Miller SE. DNA barcoding and the renaissance of taxonomy ［J］. Proc Natl Acad Sci USA，2007，104（12）：4775-4776.
［43］ Mallet J， Willmott K. Taxonomy： renaissance or Tower of Babel？［J］. Trends Ecol Evol，2003，18（6）：272-273.
［44］ Smith MA， Wood DM， Janzen DH， et al . DNA barcodes affirm that 16 species of apparently generalist tropical parasitoid flies （Diptera: Tachinidae） are not all generalists［J］. Proc Natl Acad Sci USA， 2007，104（12）：4967-4972.
［45］ Lefebure T， Douady CJ， Gouy M， et al. Relationship between morphological taxonomy and molecular divergence within Crustacea： proposal of a molecular threshold to help species delimitation［J］. Mol Phylogenet Evol，2006，40（2）：435-447.
［46］ Paquin P， Hedin M. The power and perils of “molecular taxonomy”： a case study of eyeless and endangered Cicurina （Araneae： Dictynidae） from Texas caves［J］. Mol Ecol，2004，13（10）：3239-3255.
［47］ Hickerson MJ， Meyer CP， Moritz C. DNA barcoding will often fail to discover new animal species over broad parameter space［J］. Syst Biol，2006，55（5）：729-739.
［48］ Meyer CP， Paulay G. DNA barcoding： error rates based on comprehensive sampling［J］. Plos Biol，2005，3（12）：2229-2238.
［49］ Wiemers M， Fiedler K. Does the DNA barcoding gap exist？- a case study in blue butterflies（Lepidoptera：Lycaenidae）［J/OL］. Front Zool，2007，4（1）：8. （doi：10.1186/1742-9994-4-8）
［50］ Nielsen R， Matz M. Statistical approaches for DNA barcoding［J］. Syst Biol，2006，55（1）：162-169.
［51］ Lorenz JG， Jackson WE， Beck JC， et al. The problems and promise of DNA barcodes for species diagnosis of primate biomaterials ［J］. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci，2005，360（1462）：1869-1877.
［52］ Strugnell JM， Lindgren AR. A barcode of life database for the Cephalopoda？Considerations and concerns［J］. Rev Fish Biol Fish， 2007，17（2）：337-344.
［53］ Rot C， Goldfarb I， Ilan M， et al. Putative cross?kingdom horizontal gene transfer in sponge （Porifera） mitochondria［J/OL］. BMC Evol Biol，2006，6（1）：71. （doi：10.1186/1471-2148-6-71）
［54］ Bensasson D， Zhang DX， Hartl DL， et al. Mitochondrialpseu?dogenes： evolution smisplacedwitnesses［J］. Trends Ecol Evol，2001，16（7）： 314-321.
［55］ Wiens J， Penkrot TA. Delimiting speciesusing DNA andmor?phologicalvariation and discordant species limits in spiny lizards （Sceloporus）［J］. Syst Biol，2002，51（1）：69-91.

[1]	JIANG Hong-xue, YAO Dan-dan, LIN Si-liang, FENG Zhi-yong. DNA barcoding analysis of small mammals in the agricultural area in Nanxiong of Guangdong province based on four mitochondrial gene sequences [J]. Chinese Journal of Vector Biology and Control, 2022, 33(1): 48-53.
[2]	ZHANG Ai-ping, XU Li-qing, MA Li, LI Ji-quan, XUE Hong-mei, WANG Jian-ling, YANG Xu-xin, XIE Hui, ZHAO Yuan-bo, YU Shou-hong. Identification of a Brucella strain isolated from Marmota himalayana in Qinghai province, China [J]. Chines Journal of Vector Biology and Control, 2021, 32(2): 217-220.
[3]	LAN Xiao-yu, LU Liang, HOU Zhi-lin, DU Guo-yi, SHI Xian-ming, CUI Yao-ren, LIU Guan-chun, CHEN Yong-ming, KANG Dong-mei, ZHENG Nan, REN Xing-yu, YAN Dong. Application of DNA barcoding technique in identification of common flea species in plague foci of Hebei province, China [J]. Chines Journal of Vector Biology and Control, 2020, 31(6): 662-666.
[4]	YIN Xiao-ping, LIU Ge, WANG An-dong, YAN Bin, BAI Cen, TIAN Yan-he, ZHANG Zhao-guan, ZHAO Shan-shan, WANG Yuan-zhi. Application of DNA barcoding technique in the molecular identification of Siphonaptera [J]. Chines Journal of Vector Biology and Control, 2019, 30(5): 561-563.
[5]	WANG Yi-xiao, ZHENG Ling-xiao, GUAN Guo-yu, YIN Can-can, LIU Xiao, WANG Shu-ran, WEN Zi-ang, CHEN Ying-wei, CHENG Xu, SUN En-tao. Morphological and DNA barcoding identification of the indoor Ameroseius plumosus [J]. Chines Journal of Vector Biology and Control, 2018, 29(6): 582-585.
[6]	LI Ji-xu, SONG Zhen-hai, PIAO Guang-ming. Species identification of Anopheles mosquitoes from the Tumen river basin in Yanbian area of Jilin province based on morphological and molecular characteristics [J]. Chines Journal of Vector Biology and Control, 2018, 29(1): 42-46.
[7]	QIU De-yi, LIAO Jun-lei, WEI Xiao-ya, YUE Qiao-yun. Identification of 49 common fly species in Calliphoridae based on DNA barcodes [J]. Chines Journal of Vector Biology and Control, 2017, 28(4): 322-331.
[8]	LIU Rong-rong, GE De-yan, LU Liang, XIA Lin, LIU Qi-yong, YANG Qi-sen. Identification and distribution of Apodemus species with DNA barcoding in China [J]. Chines Journal of Vector Biology and Control, 2017, 28(2): 97-103.
[9]	WANG An-dong, YIN Xiao-ping, TIAN Yan-he, LIANG Zhen, BA Te, ZHANG Jiang-guo. Application of DNA barcoding in classification of rodents at Alataw pass, China-Kazakhstan [J]. Chines Journal of Vector Biology and Control, 2016, 27(5): 459-462.
[10]	HE Jiang, YI Hai-hua, ZHOU Peng-cheng, CUI Bei-jin, WU Bing-yao, SUN Li-xin. Application of high resolution melting curve analysis technology on the species identification and classification [J]. Chines Journal of Vector Biology and Control, 2016, 27(2): 206-208.
[11]	HU Qun, MA Si-jie, QIU Jiong-liang. Comparison of four DNA barcoding in Rattus losea identification [J]. Chines Journal of Vector Biology and Control, 2015, 26(3): 286-289.
[12]	YANG Zhi-jun, HU Yun. Application of random amplified polymorphic DNA for species identification and origin determination of imported rodents [J]. Chines Journal of Vector Biology and Control, 2014, 25(6): 581-583.
[13]	YANG Zhi-jun, HU Yun. Application of random amplified polymorphic DNA for species identification and origin determination of imported rodents [J]. Chines Journal of Vector Biology and Control, 2014, 25(6): 581-583.
[14]	HU Qun, MA Si-jie, MA Yan, MEI Yong. Species identification of an imported rodent sample of Bandicota indicaby morphological and genetic analysis [J]. Chines Journal of Vector Biology and Control, 2014, 25(5): 464-465.
[15]	GAO Dong-ya, TIAN Jun-hua, QIN Xin-cheng, WANG Jian-bo, KANG Yan-jun, ZHANG Jing-shan, ZHOU Dun-jin, ZHANG Ju-nong, ZHANG Yong-zhen. Molecular identification of Haemaphysalis flava and Haemaphysalis campanulata [J]. Chines Journal of Vector Biology and Control, 2012, 23(4): 280-284.