从物种识别到生物多样性评估——基于DNA条形码的地衣生物多样性调查
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文章导读
地衣是一类较为特殊的植物，它是藻类与真菌共生的复合体，由于藻类与真菌长期紧密地结合在一起，因此在形态结构上形成了一个单独的有机体。壳状地衣通常生长于岩石或树皮，由于它与基质之间紧密贴合，因此难以去除。
物种保护与研究离不开快速而准确的生物多样性评估。然而，大多数传统的生物多样性调查方法既缓慢又昂贵。近几十年来，地衣一直被用于监测空气质量和生态干扰。但由于地衣特殊的生活型，因此对其开展生物多样性调查也面临极大的挑战性。准确的地衣鉴定有时可能需要进行系统发育和遗传分析，但最主要的鉴定方式还是通过其表型形状来进行研究。
DNA 条形码是指生物体内能够代表该物种的标准且相对较短的 DNA 片段。近年来，DNA 条形码成为真菌多样性调查的一种重要工具，它比传统方法更加全面且有效。然而，对于 DNA 条形码方法如何捕获地衣全部多样性的机制目前尚不清楚。基于此，来自美国杨百翰大学生物学系的 Jacob R. Henrie 博士研究团队在 Diversity 期刊发表了文章，通过研究美国犹他州上一个以壳状地衣为主的群落，旨在探索基于 DNA 条形码全面开展地衣生物多样性调查的有效性。
研究过程与结果
本研究中，作者选择了美国犹他州中部的圣拉斐尔斯韦尔的一个区域进行采样 (图 1)。作者于 2022 年在该区域分别进行了两次采样。采样的时间、人员等信息如表 1 所示。此后，作者分别从四个采集的群落样本中提取 DNA 并进行后续的数据分析。
图 1. 位于美国犹他州的采样地点，白色虚线勾勒出目标区域。
表 1. 四种不同采样工作的概述。包括样品名称、每个团队中参与者的描述、DNA 序列读取次数，以及地衣形成簇和候选物种数量大于等于 5 个。
研究结果表明，在“PROF1”和“PROF2”组中捕获了最高水平的真菌多样性 (图 2)。此外，本研究总共发现了 471 个地衣真菌群落，其中有 164 个簇 (约占群落总数的 35%) 在两个或多个样品中是共有的 (图 3A)。除此之外，有 135 种 (约占物种总数的 65%) 在两个或更多样本中是共有的 (图 3B)。
图 2. 四种采样工作在不同分类水平 (类、目、科、属和物种) 上的积累曲线，合并样本的累积曲线由标记为“总计”的橙色线表示。
图 3. 比较鹿角湾遗址四个独立样本的维恩图。(A) 不同样本间的聚类比较；(B) 不同样本间候选物种的比较。
研究总结
作者基于 DNA 条形码方法在美国西南部地区进行了地衣多样性调查，揭示了在小空间尺度上丰富多样的地衣群落，有超过 471 个基因簇和 212 个候选物种。这进一步表明该地区的硬壳地衣群落可能比基于传统研究方法所得到的结果更加多样化，同时也印证了 DNA 条形码是一种极具前景的生物多样性调查方法。该方法不仅可以捕获物种水平的多样性，同时还可以使用标准 DNA 条形码来进行物种标记，并检测其遗传变异的情况。
此外，DNA 条形码研究通常还需要与参考条形码库进行对比研究。然而，目前所有的可用数据库还不够完整。因此，作者也认为 DNA 条形码不应完全取代基于凭证样本的传统调查方法。相反，这两种方法应该相互补充，从而提高研究人员对于生物多样性的理解。最后，作者还强调了研究人员需要仔细思考开展生物多样性调查的目的，并确定最合适的调查方法，从而更好地克服工作中所遇到的困难，以达到研究目标。
文章链接：https://www.mdpi.com/1424-2818/14/9/766
