摘要：随着海洋科学研究与生物监测技术的快速发展，DNA参考条形码序列作为物种鉴定的“分子身份证”，已成为现代生态学研究的重要工具。隶属美国加州大学圣地亚哥分校（University of California, San Diego）的斯克里普斯海洋研究所（Scrip
本文来源于“海洋与湿地”（OceanWetlands）：
文 | 戴秉国博士
本文约4000字，阅读约8分钟
随着海洋科学研究与生物监测技术的快速发展，DNA参考条形码序列作为物种鉴定的“分子身份证”，已成为现代生态学研究的重要工具。隶属美国加州大学圣地亚哥分校（University of California, San Diego）的斯克里普斯海洋研究所（Scripps Institution of Oceanography, SIO）于2025年4月发布了一项重磅公告：由该所西海岸海洋生物分子观测网络（The West Coast Ocean Biomolecular Observing Network, WC-OBON）制定的《DNA参考条码序列开发指南》（Introduction to Developing DNA Reference Barcode Sequences，下称《指南》），已在Zenodo平台面向全球公开发布（下载链接：https://zenodo.org/records/14867763）。《指南》全面且系统地规范了海洋生物DNA检测的全流程标准，涵盖了样本采集、处理保存、DNA提取以及基因测序等所有关键环节，并特别对凭证标本的保存和实验室的质量控制提出了严格要求。
《指南》封面 图源© 2025 WC-OBON, CC BY 4.0
《指南》由15位来自不同领域的专家依据典型的实践案例共同制定，融汇了生物分类学、分子生物学以及博物馆学等多学科的专业经验。其目的在于解决现有海洋基因数据库中数据质量良莠不齐这一突出问题。通过《指南》的发布，环境DNA（eDNA）监测技术的可靠性将得到显著提升，进而确保不同机构所获取的基因数据具备可比性。这将为国际数据库提供强有力的标准化数据支持，极大地促进海洋生物多样性监测、生态系统评估以及生物资源保护等工作的科学性和准确性，进一步推动海洋科学研究的发展。本文简要整理了《指南》的主要内容，供读者参考批评。鉴于笔者水平有限，感兴趣者可参阅英文原文。
指南的核心目标与科学价值
《指南》的首要目标是建立基于凭证标本的DNA参考序列库，通过标准化的采样、测序与数据管理流程，确保物种鉴定的准确性及数据的长期可用性。所谓凭证标本，是指经过专业分类学家鉴定的生物样本，通常保存于博物馆或生物资源库中，其形态特征与分子数据可互为验证。这一模式有效解决了传统鉴定中因分类学修订导致的物种名称变动问题——当学界对某物种重新归类时，与之关联的DNA数据能同步更新，从而保障环境DNA（eDNA）监测等技术的可靠性。
保存在SIO的海洋无脊椎动物凭证标本 图源© 2025 Charlotte Seid, CC BY 4.0
《指南》强调，DNA条形码技术正从单一基因片段向“超条形码（ultra-barcodes）”过渡。传统Sanger测序聚焦线粒体或核糖体DNA的短序列，成本较低但信息量有限；而Genome Skimming能同时获取线粒体全基因组、核核糖体重复区及其他核基因片段，为系统发育研究提供更全面的遗传信息。
标本采集与处理的标准化流程
《指南》将DNA参考序列开发分为10个关键步骤（规划和准备、实地采集、活体挑选及预处理、摄影、组织提取、DNA提取、DNA条形码测序、生信分析、存档和数据整合），每个环节均设定了最低标准与最佳实践建议。在规划阶段，研究者需明确采样目标，并与长期保存标本的机构（如自然历史博物馆）协作制定管理方案。此举不仅确保标本的合法采集，还能通过预先协调避免资源浪费。例如，在加州沿海进行底栖生物采样时，团队需同时考虑标本的冷冻保存需求与博物馆的存储空间，从而优化物流与人力配置。
分类学专家正在鉴定采集样本并分类记录 © NHMLAC, CC BY 4.0
现场采集要求严格记录环境元数据，包括水温、深度、底质类型等，这些信息将直接影响后续生态分析。标本处理环节尤其注重避免污染：活体分选需在无菌环境中进行，组织取样时需使用独立工具并更换手套，以防止不同个体间的DNA交叉污染。对于体型微小的浮游生物，指南推荐使用微离心管单独保存，以兼顾样本完整性与操作可行性。
测序技术与数据管理的革新
在实验室操作层面，《指南》对比了Sanger测序与Genome Skimming测序的优缺点。Sanger技术成熟且成本可控，但仅适用于目标基因片段的扩增；而Genome Skimming测序数据量更大，却同时对生物信息学分析能力提出更高要求。例如，在分析深海蠕虫样本时，研究团队可通过浅层测序同时获得线粒体基因组与多个核基因标记，为探讨其深海适应性进化提供多维证据。
数据管理是贯穿整个流程的核心要素。《指南》遵循FAIR（Findable, Accessible, Interoperable, Reusable，即可查找、可访问、互操作、可重用）与CARE（Collective Benefit, Authority to Control, Responsibility, and Ethics，即集体利益、管控权、责任、伦理）原则，要求所有原始序列上传至公共数据库（如GenBank），并关联标本的馆藏信息。这种“标本-数据”双存档机制，使得任何用户都能追溯序列的来源，甚至重新提取标本进行复核。例如，当某鱼类新种被发现时，其DNA数据与博物馆标本的联合发布，能为后续研究提供不可替代的基准材料。
Sanger和Genome Skimming技术对比示意图 图源© 2025 WC-OBON, CC BY 4.0
达尔文核心标准与数据互操作性
《指南》将达尔文核心标准（Darwin Core, DwC）作为数据整合的基石。这一由生物多样性信息标准组织（Biodiversity Information Standards，旧称Taxonomic Database Working Group）制定的框架，通过事件、地点、标本、分类单元等关键概念，构建起数据之间的逻辑链条。例如，一次海洋调查事件（Event）关联到特定采样点（Location），标本（Occurrence）经鉴定后归类至特定分类单元（Taxon），其DNA数据（Measurement or Fact）则与实验室操作记录（Process）紧密绑定。这种结构化设计，使得不同机构产生的数据能通过统一格式进行聚合分析。
达尔文核心标准的关键概念示意图 图源© 2025 WC-OBON, CC BY 4.0
DwC标准的采用，有效解决了生物多样性数据“孤岛化”问题。全球自然历史博物馆、基因库及生态监测项目通过该标准实现数据互联，例如，美国西北渔业科学中心（NWFSC）的底栖生物标本数据，可通过DwC接口与英国自然历史博物馆的海洋浮游生物记录进行比对。这种互操作性，为跨国界、跨生态系统的生物多样性评估奠定了技术基础。
技术伦理与可持续发展考量
《指南》特别强调标本采集的伦理规范与可持续性。在珊瑚礁保护区采样时，团队需采用非破坏性方法，如使用柔性工具采集珊瑚碎片，避免对活体造成不可逆损伤。对于濒危物种，推荐优先使用环境DNA技术进行无损伤监测，仅在必要时采集少量组织样本。此外，数据共享需遵循原住民或当地社区的知识产权协议。
《指南》还提出建立区域合作网络的建议。例如，西海岸各研究机构通过共享标本保存设施与测序平台，形成从采样到数据发布的完整链条。这种协作模式不仅降低单个项目的成本，还促进了跨学科合作——分子生物学与分类学专家共同制定采样策略，生态模型专家则利用整合后的数据集构建物种分布预测模型。
指南的应用前景与挑战
当前，全球海洋生物多样性监测正面临数据碎片化的挑战：不同研究团队采用的测序标准、标本保存方法及数据记录格式差异巨大，严重制约了数据的二次利用。WC-OBON《指南》通过统一技术流程与数据标准，为这一问题提供了系统性解决方案。
然而，指南的实施仍需克服现实障碍。在发展中国家，博物馆的低温保存能力与测序实验室的生物安全设施可能不足，导致标本降解或污染风险增加。此外，基因组浅层测序产生的大量数据对计算资源要求极高，中小机构往往难以承担数据分析成本。为此，指南建议建立区域中心实验室，集中处理标本并共享计算平台，同时通过在线培训课程普及标准化操作流程。
华盛顿州圣胡安岛附近的幼年可口冠石蟹。 图源© Zack Gold, CC BY 4.0
结语
《指南》的发布，标志着海洋生物多样性研究向分子时代迈出了关键一步。通过将传统分类学与现代测序技术结合，并严格遵循数据与伦理标准，该指南为构建全球统一的生物多样性监测网络提供了可操作的蓝图。笔者认为，未来随着更多研究团队采用这一框架，基于DNA证据的物种鉴定将更加精准，环境DNA监测的时空分辨率也将显著提升，从而为海洋生态保护与可持续管理提供更坚实的科学支撑。
（注：本文仅代表资讯，不代表平台观点。欢迎留言、讨论。）
作者 | 戴秉国
指导老师 | Samantha MA
总编 | Linda Wong
排版 | 戴秉国
关于作者
戴秉国，国家公派出国留学人员，获日本政府(文部科学省)博士生奖学金全额资助，毕业于北海道大学，取得环境科学博士学位。研究方向为生物多样性和湿地生态学。以淡水鱼类为主要研究类群，致力于开发生态数据分析的定量方法，通过创新性的统计分析手段探索生态系统结构和维持机制。
他的野外调查足迹横跨北纬10°至60°的北半球典型水域，涵盖包括泰国诗娜卡琳水坝和美功河全流域；中国长江下游菜子湖等通江湖泊群、滁河与淮河全流域；日本北海道石狩川流域、十胜川流域、朱鞠内湖、大沼湖；瑞典维纳恩湖等国内外生态学研究热点地区，具有丰富的生态调查与野外观测经验。迄今已主持完成日本竞争性研究资金资助科研项目1项，发表中英文研究论文10篇。
引
用
本
文
戴秉国. 免费全文公开！eDNA技术应用的又一里程碑. 海洋与湿地. 2025-05-13
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斑海豹©摄影：王敏幹（John MK Wong） | 绿会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）
【参考资料】
https://today.ucsd.edu/story/new-guide-seeks-to-advance-dna-library-of-marine-species
The West Coast Ocean Biomolecular Observing Network, Gold, Z., Brown, S., Collins, A., Girard, M., Goodwin, K., McAllister, S., Meyer, C., Parsons, K., Patin, N., Rouse, G., Sala, L., Satterthwaite, E., Seid, C., Theroux, S., & Wetzer, R. (2025). Introduction to Developing DNA Reference Barcode Sequences (v1.0). Zenodo. https://doi.org/10.5281/zenodo.14867763
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