Исследование предупреждает: ДНК-штрихкодирование требует осторожности без тщательной проверки

Цель ДНК-штрихкодирования — найти простой, дешевый и быстрый ДНК-анализ, который можно превратить в доступный технический навык, позволяющий обойтись без высококвалифицированных таксономистов для идентификации мировой биоты. Это вызвано желанием открыть таксономическую идентификацию для всех групп пользователей и нехваткой таксономистов, которых не существует для многих групп.

Несмотря на быстрое признание ДНК-штрихкодирования в научной литературе и прессе, некоторые ученые предупреждают, что мы слишком поспешно принимаем эту методику. Доктор Дэвид Спунер, исследователь из USDA и эксперт по семейству пасленовых (Solanaceae), высказывает такое предостережение против принятия этой техники без тщательной проверки в своей статье «DNA Barcoding will Frequently Fail in Complicated Groups: An example in Wild Potatoes» в июньском выпуске American Journal of Botany за 2009 год.

Одним из ключевых вопросов в дебатах о ДНК-штрихкодировании является то, что использование участка ДНК может недостаточно хорошо различать близкородственные виды или сложные группы. Более того, у растений до сих пор ведутся споры о том, какой участок последовательности гена следует использовать и насколько он надежен. У животных 5'-сегмент митохондриальной цитохромоксидазы субъединицы I (COI) относительно утвердился в качестве маркера для штрихкодирования, но Спунер указывает на многие группы, где COI не может различить виды.

Регион COI полностью непригоден для растений, потому что он эволюционирует медленнее и имеет гораздо более вариабельную последовательность. Поиск альтернативных регионов для штрихкодирования у растений особенно проблематичен. Хотя для растений было предложено несколько последовательностей генов, ни одна из них не служит универсальным маркером-штрихкодом. Среди предложенных для растений регионов — участок ядерной рибосомной ДНК: внутренний нетранскрибируемый спейсер (ITS); а также различные пластидные регионы, включая межгенный спейсер trnH-psbA и пластидные гены rpoC1, rpoB и matK.

Спунер проверил полезность штрихкодирования на хорошо изученной, но сложной группе растений — диком и культурном картофеле (Solanum секция Petota). Секция Petota включает более 200 видов и широко распространена в Америке. В его исследовании использовались 63 вида из этой группы и 9 видов из внешних групп (роды Solanum, Capsicum и Datura). ДНК экстрагировали из молодых листьев отдельных растений. Спунер протестировал наиболее часто предлагаемые для растений регионы ДНК-штрихкодирования: ITS, trnH-psbA и matK. Он обнаружил, что ни один из этих регионов не был достаточно точен для различения или служения маркерами границ видов в секции Petota.

Внутривидовой вариабельности в ядерном регионе ITS было слишком много, а пластидные маркеры не имели достаточной вариабельности и, следовательно, не могли объединить некоторые хорошо подтвержденные виды. Секция Petota является сложной группой, потому что, помимо прочего, существует много гибридизации между видами; у некоторых видов есть множественные дивергентные копии ДНК из-за прошлой гибридизации (аллополиплоидия); присутствует смесь полового и бесполого размножения; и возможно недавнее видообразование. Такие сложности не редкость для многих групп растений. Спунер приходит к выводу, что необходим комплекс морфологических и молекулярных подходов, и нельзя полагаться только на ДНК-штрихкод для различения видов в сложных группах, таких как секция Petota.

Спунер экстраполирует таксономические трудности секции Petota на многие другие группы, обладающие схожими биологическими признаками, и указывает, что к ДНК-штрихкодированию следует относиться с большой осторожностью, поскольку эти группы не были протестированы с помощью этой методики. Он также призывает с осторожностью подходить к ограничению идентификации, а в некоторых случаях даже определения вида, небольшой последовательностью ДНК. Он предполагает, что поиск маркера ДНК-штрихкодирования или ограниченного набора таких маркеров, надежно идентифицирующих большинство форм жизни, будет постоянно ускользающей целью.

Источник: American Journal of Botany