分子生物學興起之前,人們對自然界生物的分類主要依靠形態學鑒定。比如對于植物,是從根、莖、葉、花、果實等方面進行形態學描述,再根據這些形態學描述,對未知植物的物種進行確認。但是,這些工作需要十分有經驗的專業人士來完成。
分子生物學的出現,不斷改變著這種格局。對于肉眼難以觀察的微生物等生物,從形態學上難以確認其物種,此時,分子生物學就首先成為了主流的物種鑒定方式。
基質輔助激光解吸電離飛行時間質譜(MALDI-TOF MS)的介入,使細菌和真菌等微生物的鑒定發生了質的變化。不同種、亞種甚至不同區域的微生物,都有自己的蛋白生物特征。MALDI-TOF MS能夠在較寬的質量數范圍內獲取微生物的蛋白信息,因而可以構建微生物蛋白指紋圖譜數據庫。通過對微生物蛋白指紋圖譜的比對,可以在短至幾秒內完成對微生物的種、亞種等的鑒定。與分子生物學的另一大流派基因組學相比,MALDI-TOF MS靈敏度高,成本低,因而得以快速普及。
韓國一個研究團隊利用分子指紋分析的原理,對害蟲幼蟲鑒定進行了嘗試。
如前所述,雖然僅憑肉眼,以形態學知識即可鑒定一些害蟲,但更多時候,通過形態學方法鑒定害蟲成為難題,尤其是鑒定一些相近物種的幼蟲時。雖然在實驗室里,由專業團隊通過形態學方法進行物種鑒定,準確率很高,但在實際應用中,普通工作人員很難掌握形態學專業知識。
該韓國團隊的研究對象是幾種水果食心蟲(Carposina sasakii,Grapholita molesta和Grapholita dimorpha)。這幾種食心蟲的幼蟲長得非常相近,是水果檢驗檢疫中的難題之一,在進出口環節,稍有不慎便會發生有害物種入侵,對當地農業造成巨大損失。
類同于微生物鑒定的原理,該研究團隊使用MALDI-TOF MS分析了該三種幼蟲的蛋白信息,建立相應的蛋白指紋質譜數據庫之后,很好地實現了對這三種幼蟲的鑒定,取樣量僅為2立方毫米,從前處理到上機檢測,數分鐘內即可獲得物種鑒定結果。相關研究結果發表在“Journal of Asia-Pacific Entomology”上。
可以想見,不僅僅是微生物鑒定,對于檢驗檢疫以及農業領域,利用相同的技術原理,MALDI-TOF MS 還可以實現對害蟲的物種鑒定,在經濟作物病蟲害防治、進出口檢驗檢疫中有廣闊的用武之地。
無獨有偶,融智生物也做了類似的工作,使用QuanTOF新一代寬譜定量飛行時間質譜(新一代MALDI-TOF MS)技術代替形態學方法完成了對大閘蟹產地的鑒定、對大型食用真菌種類的鑒定、以及對豬肉品質的鑒定等工作,對于食品安全具有非常重要的實際意義。
參考文獻:
Rapid and reliable species identification of Carposina sasakii from its morphological homologues, by MALDI-TOF mass spectrometry. https://doi.org/10.1016/j.aspen.2017.02.013