李升偉? ?李昱均? ?茅? 矛
（特趣生物科技公司，email: 1298261062@qq.com）
傳統微生物分類學長期依賴形態特征和生理生化特性，這在原核生物和微小真核生物研究中面臨巨大挑戰。原核生物形態簡單且表型可塑性強，微小真核生物則存在大量 "形態趨同" 現象。DNA 測序技術的發展徹底改變了這一局面，通過分子標記和基因組分析，分類學正從經驗科學轉向可量化的精準學科。本文將系統闡述 DNA 技術在兩類生物分類中的應用現狀、核心標準與前沿爭議。?
原核生物分類：從 16S rRNA 到基因組時代的標準演進?
原核生物（細菌與古菌）的分子分類始于 20 世紀 70 年代 Woese 對 16S rRNA 基因的開創性研究，該基因因進化速率適中、分布廣泛，成為首個通用分子標記。當前國際原核生物系統學委員會（ICSP）制定的分類標準已形成多層級量化體系：物種界定需滿足平均核苷酸一致性（ANI）95-96%、數字 DNA-DNA 雜交（dDDH）70%，以及 16S rRNA 基因序列相似度 > 98.65% 的核心閾值。這些指標共同構成了物種邊界的分子防線，其中 ANI 能有效反映全基因組水平的整體相似性，彌補了單一基因標記的局限性。?
水平基因轉移（HGT）構成了原核分類學的獨特挑戰。細菌可通過轉化、轉導和接合等機制高頻交換遺傳物質，導致部分類群的基因樹與物種樹出現沖突。例如幽門螺桿菌的基因組中約 15% 基因來自水平轉移，這使得基于單一標記的分類可能產生誤導。現代解決方案包括采用多基因聯合分析（通常選取 6-10 個管家基因）和泛基因組分析，通過核心基因聚類排除轉移基因干擾，提升分類準確性。?
未培養微生物的分類問題催生了命名法規革新。傳統《國際原核生物命名法規》（ICNP）要求新物種必須提供可培養的模式菌株并保存在兩個國家的菌種保藏中心，這使得宏基因組發現的大量未培養類群無法獲得正式命名。2020 年推出的序列命名法規（SeqCode）打破了這一限制，允許以基因組序列作為模式材料，截至 2025 年已有超過 200 個未培養類群通過該體系獲得有效命名。這種雙軌制命名系統反映了分類學在傳統規范與技術創新間的平衡。?
微小真核生物分類：多標記體系與系統發育重構?
微小真核生物（包括原生生物、微型藻類和真菌等）的分子分類面臨更復雜的技術選擇。與原核生物的 16S rRNA 單一核心標記不同，真核生物發展出針對不同類群的特異性標記體系。例如硅藻采用 rbcL 基因（核酮糖二磷酸羧化酶大亞基）與 ITS 區域的組合標記，其中 rbcL 基因的 540bp 片段可區分 93% 的形態學物種，結合 ITS 區域后分辨率進一步提升。甲藻偏好使用 cox1 基因，而纖毛蟲則常用 18S rRNA 與 COI 基因聯合分析。?
系統發育框架的重構是分子分類的另一重要成果。傳統基于形態的 "原生生物界" 被證明為并系群，現代分子數據支持將真核生物劃分為 TSAR、Opisthokonta、Amoebozoa 和 Archaeplastida 等超類群。其中 TSAR 超類群包含了傳統的 SAR 類群（Stramenopiles、Alveolata、Rhizaria）和新發現的 Telonemia 類群，占據了真核生物多樣性的近半壁江山，其內部關系主要通過基因組水平的系統發育分析得以厘清。?
命名法規的滯后性成為真核分類的突出矛盾。與原核生物的 SeqCode 創新不同，2024 年第 12 屆國際菌物學大會否決了允許 DNA 序列作為真菌模式材料的提案，堅持傳統的實物模式要求。這導致環境中發現的大量真菌 "暗類群" 無法獲得正式命名，嚴重阻礙了多樣性研究。對比原核生物的靈活調整，真核生物分類法規面臨更大的改革壓力，特別是如何平衡形態證據與分子數據的權重。?
技術挑戰與未來展望?
兩類生物的分子分類均面臨獨特技術瓶頸。原核生物中，高頻率的水平轉移導致某些類群（如變形菌門）的物種邊界模糊，需要結合生態學數據輔助界定。微小真核生物則存在基因組數據匱乏問題，多數類群缺乏參考基因組，依賴短片段標記可能低估物種多樣性。單細胞基因組測序技術的發展為解決這一問題提供了新思路，通過分離單個細胞并擴增其基因組，可獲得未培養真核微生物的完整遺傳信息。?
多組學整合正在推動分類學向功能導向轉變。除傳統的 DNA 序列外，轉錄組、代謝組數據開始用于揭示分類單元間的功能差異。例如通過比較基因組中的代謝通路，可將表型相似的假單胞菌菌株劃分為不同的生態種。這種 "基因型 - 表型" 關聯分析，使分類學從單純的親緣關系描述向生態功能預測拓展。?
未來分類學將面臨技術標準化與概念革新的雙重任務。在技術層面，需要建立跨類群的通用分析流程，解決不同標記間的兼容性問題；在概念層面，則需重新審視 "物種" 定義在微生物領域的適用性。隨著人工智能技術的引入，基于深度學習的分類模型可能實現全基因組水平的自動物種界定，但其結果仍需與生物學意義相結合。分子革命不僅改變了微生物分類的方法，更在重塑我們對生物多樣性本質的理解。?
)
