基于DNA检测的动物性水产品鉴伪技术研究进展
2021-11-23王正亮潘海波俞晓平
黄 珏,王正亮,潘海波,裘 慧,俞晓平
( 1.中国计量大学 生命科学学院,浙江省生物计量及检验检疫技术重点实验室,浙江 杭州 310018; 2.浙江省检验检疫科学技术研究院,浙江 杭州 311215 )
传统鉴别方法主要基于形态特征,适用于部分未经加工的原始形态的动物性水产品的鉴定。然而,绝大部分动物性水产品在销售前均经过一定程度的后加工处理(如切碎、混合、加热和杀菌等),从而失去或改变了可识别的外部形态特征。此外,这种感官识别方法对一些近缘物种的鉴别也存在较大困难,其需要一定的专业分类知识,主观意识较强,极易混淆出错。随着分子生物学的快速发展,水产品鉴伪技术也取得了长足的进步,形成了一系列基于核酸检测的鉴伪技术方法。笔者综述了常用的几种基于DNA检测的动物性水产品鉴伪技术,包括沿用至今的经典技术以及当前食品安全认证领域内的新兴技术,分析这些技术的原理和特点及其在动物性水产品中的应用现状和发展趋势,并分析这些技术应用过程中的优势和不足,以期为动物性水产品鉴伪新技术的开发提供参考。
1 基于DNA检测的动物性水产品鉴伪技术
DNA可以作为物种鉴定过程中一类重要的分子标记。目前,以DNA检测为基础开发的动物性水产品鉴伪技术主要包括经典DNA分子标记技术、种特异性PCR、多重PCR、定量PCR、数字PCR、等温扩增技术、DNA芯片技术、微流控PCR芯片技术、DNA条形码技术和高分辨率溶解曲线分析技术等。
1.1 经典DNA分子标记技术
DNA分子标记技术是一类以DNA多态性为基础的反映生物体间DNA水平差异的技术,最初主要应用于群体遗传学研究,后来逐渐扩展到物种真伪鉴定领域。目前常用的 DNA 分子标记技术包括限制性长度多态性(RFLP)、单链构象多态性(SSCP)、随机扩增多态性DNA(RAPD)、扩增片段长度多态性(AFLP)、简单重复序列(SSR)和单核苷酸多态性(SNP)等。在动物性水产品源性成分鉴定研究中,这些分子标记技术通常与PCR和电泳等技术联用。如Lin等[4]建立了能有效区分常见8种金枪鱼种类的PCR-RFLP方法,并利用所建立的技术分析了18种中国台湾市售金枪鱼罐头中金枪鱼的种类,发现其中4种罐头金枪鱼源成分被错误标识。Weder等[5]以Cytb基因(148 bp)为靶基因,利用PCR-SSCP技术对水产品中金枪鱼和鲣鱼种类进行鉴定。结果显示,该方法可有效将金枪鱼和鲣鱼从其他种类的鱼产品中区分开来。Partis等[6]开发了一种能够有效鉴定包括澳洲肺鱼(Neoceratodusforsteri)、尼罗河鲈鱼(Latesniloticus)在内的8种鱼类物种真实性检测的PCR-RAPD技术,可以运用于市售相关鱼产品的真伪鉴别。Maldini等[7]构建了AFLP技术鉴别海产品的数据库,可对32种冷冻动物性水产品(包括20种鱼类、4种甲壳类和8种软体类)种类进行准确鉴定。
经典DNA分子标记技术具有操作简单、试验成本相对较低、无需复杂的仪器设备等优点,但同时存在耗时相对较长、灵敏度较低、可重复性较差等缺点,且很难在食品鉴伪中获得可靠的定量信息。
1.2 种特异性PCR
种特异性PCR(SS-PCR)技术是根据物种间基因序列差异设计种特异性引物,以基因组DNA为模板进行PCR扩增,通过凝胶电泳技术检测目标片段的有无或长度的差异来对物种进行鉴定。该技术关键在于物种特异性引物的设计和筛选。目前这些种特异性引物主要基于一些核基因和线粒体基因序列信息设计,如内部转录间隔区(ITS)和线粒体细胞色素C氧化酶亚基Ⅰ(COⅠ)基因等[8]。该技术是目前动物性水产品种源成分检测中应用较为广泛的方法之一[9-15]。如宋春萍等[12]建立了一种基于SS-PCR测定混合鱼糜中鲢鱼(Hypophthalmichthysmolitrix)成分的快速检测方法,设计的鲢鱼特异性引物具有很强的物种特异性,可以实现对9种鱼的混合鱼糜中鲢鱼成分的定性检测,灵敏度为1%。潘海云等[13]基于12S rRNA序列信息开发了一种对海鳗(Muraenesoxcinereus)鱼糜掺假检测的SS-PCR技术,灵敏度达0.1%,为鉴别海鳗鱼糜是否掺假提供了技术支撑。Kim等[14]基于COⅠ序列信息设计了七带石斑鱼(Epinephelusseptemfasciatus)、褐带石斑鱼(E.bruneus)和赤点石斑鱼(E.akaara)的种特异性引物,PCR扩增分别得到130、262 bp和344 bp的DNA片段,从而有效区分这3种亲缘关系较近的石斑鱼。尹伟力等[15]以COⅠ基因为基础建立了一种SS-PCR技术,可以对鳕鱼与其他5种非鳕鱼进行准确鉴别。
SS-PCR技术无需酶切或测序,可直接通过凝胶电泳结果判定物种来源,具有操作简单、成本低、速度快、特异性强、灵敏度高、所需仪器设备简单等优点,可用于实验室混合样本的检测。然而,该技术需要预先知道待检生物的基因组DNA信息。此外对于一些近缘物种,其序列相似程度较高,有些物种之间可能存在基因渗透,导致在设计种特异性引物上存在一定的困难。
1.3 多重PCR
多重PCR(mPCR)又称复合PCR,该技术以常规PCR为基础,即针对多个检测目标分别设计特异性引物,并置于同一个PCR体系中进行扩增,最后利用凝胶电泳或芯片杂交等技术分析扩增产物的差异来区分检测目标[16]。在食品安全控制领域,mPCR主要用于食品中致病微生物的多目标检测。近年来,该技术也逐渐应用于畜肉、禽肉、鱼肉等肉类食品中动物源成分的快速鉴别[17-20]。如Veneza等[18]开发了一种基于COⅠ基因的高效鉴别鲷鱼物种的mPCR技术,可以特异性对紫红笛鲷(Lutjanusargentimaculatus)、巴哈马笛鲷(L.synagris)和敏尾笛鲷(Ocyuruschrysurus)这3种笛鲷鱼种进行准确区分。Castigliego等[19]以Cytb基因为靶标序列,建立了一种可以快捷高效鉴别7种的mPCR体系,并成功用于市售产品的掺假检测。Lee等[20]基于16S rRNA序列信息分别设计了中国明对虾(Fenneropenaeuschinensis)、凡纳滨对虾(Litopenaeusvannamei)和斑节对虾(Penaeusmonodon)的mPCR引物,检测结果表明,所设引物具有高特异性,可以精准鉴别这3种对虾种类。
mPCR技术保留了常规PCR的特异性和灵敏性,又可以同步检测多个目标,具有节约时间、降低成本、简便高效的优点,且无需复杂的仪器设备,适合常规实验室检测。然而,mPCR对引物设计要求较高,因多对引物之间在扩增时存在相互干扰,导致各对引物扩增效率不均,甚至会出现非特异性扩增现象,从而造成结果误判。因此需要对扩增体系和程序进行摸索后确定最优反应条件。
1.4 定量PCR
定量PCR(qPCR)是指在PCR反应体系中加入荧光基团,利用荧光信号强度变化来实时监控PCR扩增产物的浓度变化,最终通过标准曲线对起始模板进行定量分析的一种核酸检测技术。根据所用荧光化学材料的不同,qPCR主要分为荧光染料法和荧光探针法两种。目前常用的荧光染料为SYBR荧光染料(如SYBR GreenⅠ),该染料单独存在时不会发射任何荧光信号,但非特异性地掺入DNA双链后能发射荧光信号,从而使荧光信号的累积与PCR产物的增加完全同步[21]。常用的核酸探针为TaqMan探针,该探针两端分别标记了一个报告荧光基团和一个淬灭荧光基团。探针完整时,报告基团发射的荧光信号被淬灭基团吸收;PCR扩增时,Taq酶的外切酶活性可将探针酶切降解,致使两基团分离,荧光监测系统即可接收荧光信号,从而实现荧光信号与PCR产物同步变化,达到实时定量的目的。目前这两种qPCR技术在动物性水产品鉴伪领域均有广泛应用[22-27]。如孙晓飞等[24]基于COⅠ基因序列建立了一种大西洋鳕鱼(G.morhua)的SYBR Green荧光qPCR定性检测方法,灵敏度达到0.06 ng/μL,可用于市售鳕鱼及其制品中大西洋鳕成分真实性的鉴别。郭云霞等[25]以18S rRNA为靶基因,开发了一种食品中鲨鱼源性成分的SYBR Green荧光qPCR鉴定方法。利用该方法对20种常见的鲨鱼产品进行检测,结果发现,所有待检产品中除仿鱼翅和鲨鱼肝油外均能特异性地检测出鲨鱼成分,检测灵敏度达0.0001 ng/μL。Chuang等[26]设计了4种金枪鱼的qPCR特异性引物和TaqMan探针,能够精准地鉴别大眼金枪鱼(T.obesus)、太平洋蓝鳍金枪鱼(T.orientalis)、南方蓝鳍金枪鱼(T.maccoyii)和黄鳍金枪鱼(T.albacores)。此外,Hird等[27]基于不同靶标基因设计了大西洋鲑的TaqMan探针,建立了快速鉴别食品中大西洋鲑源性成分的qPCR技术。
qPCR技术减少了扩增后电泳的检测步骤,检测速度较快,且具有灵敏度高、特异性强、重现性好等优点,其中SYBR Green染料法适用性广,试验成本较低,但对引物的要求较为苛刻,易出现非特异性扩增而导致假阳性结果;TaqMan法特异性较强、重复性较好,但价格偏高。此外,由于荧光素种类以及检测光源的局限性,qPCR技术在多目标高通量检测应用方面亦存在一定的障碍。
1.5 数字PCR
数字PCR(dPCR)是近年来发展起来的一种新型核酸分子绝对定量技术。该技术基本原理是将待检核酸样本稀释至单分子水平,并平均分配到独立的单元中进行PCR扩增反应,扩增结束后对各个反应单元的荧光信号进行采集,最后通过统计学方法计算出样品中核酸的原始浓度[28]。dPCR技术自从诞生之初,就显示出了在食品安全检测应用中的巨大优势。目前,基于dPCR技术对动物性水产品中源性成分定性筛查和定量检测的研究处于起步阶段,仅有少量报道[29-32]。如Noh等[31]采用液滴dPCR方法测定了海产品中阿拉斯加狭鳕(G.chalcogrammus)的含量,检测结果表明,该方法具有极高的准确度和灵敏度。Daga等[32]建立了一种精确鉴定食品中鱼源成分的dPCR技术,该技术针对18S rRNA序列设计引物进行扩增,能够对食品中大西洋鳕、大西洋鲑和日本鲭(Scomberjaponicus)成分进行定性和定量检测,为检验食品鱼过敏原提供了可靠的检测方法。
与qPCR相比,利用dPCR进行核酸绝对定量无需构建标准样品和标准曲线,检测极限可达单拷贝,检测结果不受扩增效率的影响,具有更高的灵敏度、特异性和精确度,在痕量核酸样本检测方面具有极大的优势。目前dPCR技术在实际推广应用中存在一定的局限性,如存在试验成本较高、仪器设备价格高昂、检测通量相对有限、操作较为繁琐等问题。
1.6 等温扩增技术
等温扩增技术(IAT)是一种建立在PCR基础上的衍生技术,能够在恒温条件下对特定核酸进行快速PCR扩增。基于反应原理的不同,目前已发展出诸多种类的等温扩增技术,包括链替代扩增(SDA)技术、环介导等温扩增(LAMP)技术、依赖解旋酶DNA扩增(HAD)技术、重组酶聚合酶扩增(RPA)技术、信号介导 RNA扩增(SMART)技术和切刻内切酶介导等温核酸扩增(NEMA)技术等[33]。其中,LAMP技术在食品鉴伪领域中应用最广泛[34-35]。该技术最初于2000年由日本学者Notomi等[36]发明,之后又经过Nagamine等[37]改进,主要是利用4~6条特异性引物对靶标序列6~8个区域进行识别,在Bst DNA聚合酶催化作用下,于恒温60~65 ℃下温育30~60 min,以实现目标序列的批量扩增,最后结合凝胶电泳技术或染料可视化手段进行结果判定。张懿翔等[38]利用LAMP技术对食品中过敏原牡蛎成分进行检测,结果显示该方法灵敏度好且特异性高,可以检测出含牡蛎成分0.1%,DNA质量浓度为0.01 ng/μL的样品。冯俊丽等[39-40]分别基于线粒体D-loop区和Cytb基因序列设计了大西洋鲑的特异性LAMP引物,并建立了可用于检测市售大西洋鲑掺伪的LAMP技术体系。Wang等[41]基于Cytb基因建立了一种大西洋鳕、大头鳕(G.macrocephalus)和黑线鳕(Melanogrammusaeglefinus)3种鳕鱼鱼肉成分的LAMP可视化快速检测方法,其绝对检测限分别为285、37、197 pg/μL,相对检测限分别为1%、0.1%和1%,可有效应用于市售鳕鱼鱼肉及其深加工制品的快速检测。
与常规PCR相比,等温扩增技术是在单一温度下对靶序列进行扩增或信号放大,具有检测灵敏度高和特异性好等优点,而且对于仪器设备要求较低,只需有恒温加热装置即可。扩增过程减免了升温和降温步骤,大大缩短了检测时间,而且可视化检测效果好,适合现场快速检测。然而,等温扩增技术也存在试验设计要求高的缺陷,检测效果受多种因素影响,易出现假阳性结果。如LAMP体系中,引物浓度和比例、反应温度和时间、dNTPs以及甜菜碱的添加量可显著影响最终检测效果。
1.7 DNA芯片技术
DNA芯片技术,也称DNA微阵列技术或基因芯片技术,是通过特殊手段将已知的DNA探针以一定的排列方式固化于固相支持物(如玻璃片、硅片、聚丙烯膜、硝酸纤维素膜或尼龙膜等)表面,然后与标记的待测样品进行分子杂交,通过杂交信号的有无及强弱来对靶基因进行定性或定量检测[42]。凭借其高通量和自动化等优势,DNA芯片技术已在食源微生物、食品掺伪、转基因食品以及食品过敏原检测中广泛应用。目前,基于DNA芯片的动物性水产品真伪鉴别亦有诸多报道[43]。如Kim等[44]基于COⅠ基因制备了一种DNA芯片,能够有效鉴别韩国11种淡水鱼类。Kappel等[45]基于Cytb和16S rRNA序列信息开发了一种“鱼类芯片”,可有效鉴别包括阿拉斯加狭鳕、大西洋鲑和斑点钝腹鲱(Clupeaharengus)在内的10种鱼类。Kochzius等[46]以16S rRNA为目标序列设计了一种针对欧盟重要的11种进口鱼类的DNA芯片,成功应用于欧盟重要进口鱼类的监控。
DNA芯片技术的突出优点是高通量,能够大规模准确快速地进行同步检测分析。此外,该技术所需样本量少,可用于混合样本检测。然而,DNA芯片技术的应用也存在一定的局限,如开发时间成本较高,检测灵敏度较低,需预先知道样本的基因序列信息,且特异性探针设计要求较高,否则容易出现假阳性或假阴性,引起结果误判。
1.8 微流控PCR芯片技术
微流控PCR芯片技术是近年来一种以微流控技术为核心发展起来的新兴核酸检测技术。该技术通过微加工手段,在玻璃、单晶硅或有机聚合物等固相支持物表面进行功能化分区(如流体微通道、反应微腔室和储液池等),将样品分析过程中的核酸提取、PCR扩增、产物分离和检测等基本操作单元集成于一块微米尺度的芯片上,实现检测过程的全自动化[47]。根据芯片的结构差异,微流控PCR芯片可分为反应池内固定扩增式PCR芯片和连续流动式PCR芯片两种[48]。前者是常规PCR的微型化,反应体系不流动,通过芯片整体升温降温的循环来实现反应。后者PCR反应体系沿着芯片微通道中3个恒温区(高温—低温—中温)连续流动,从而实现DNA的变性、退火和扩增。微流控PCR芯片技术最初主要应用于生物医药领域,目前亦向食品安全和环境监测等领域逐渐扩展,但在食品掺伪鉴别,特别是针对水产品中动物源性成分的快速鉴定应用中尚处早期研究阶段。如虞惠贞等[49]设计研制了一套用于包括7种鱼类在内的24种动物源性成分快速检测的TaqMan微流控PCR芯片系统,可以实现多物种高通量同步检测,并经验证表明所建立的技术在重复性、特异性和灵敏度方面都能满足物种成分真伪鉴定的需求。
微流控PCR芯片技术具有集成化、小型化和自动化等优势,以及样品需求量小、试剂消耗量少、污染小、检测速度快和高通量等诸多优点,可实现“样本进结果出”的现场快速检测。目前微流控PCR芯片仍处于研发阶段,技术不够成熟,开发周期较长,且产品缺乏统一的标准和规范,一定程度限制了微流控PCR芯片的产业化发展。
1.9 DNA条形码技术
DNA条形码的概念由加拿大科学家Hebert等[50]于2003年首次提出,即通过一个标准化的短基因片段(即DNA条形码)的序列变异来鉴定物种。该技术的关键在于找到适合特定生物类群的理想DNA条形码。一般理想的DNA条形码需符合以下标准:(1)具有特定类群的物种识别能力,即具有一定的种内保守性和种间的变异性;(2)具有高度保守的引物设计区以便于设计通用引物;(3)要求片段长度适中,便于扩增、测序和比对分析。大量研究表明,线粒体COⅠ基因的N端658 bp片段可作为动物的标准DNA条形码[51]。此外,DNA条形码技术高效应用在很大程度上还取决于DNA条形码数据库的完备程度。国际上第一个DNA条形码数据库——生命条形码数据库系统(BOLD systems)由国际生命条形码联盟(CBOL)于2007年建立。该系统内包含针对全球鱼类的条形码数据库 Fish-BOL(Fish Barcode of Life,http:∥fishbol.org/),迄今已覆盖超过34 000种鱼类物种[52]。国内亦构建了中国渔业生物DNA条形码信息平台(http:∥www.fishery-barcode.cn),涵盖6000余种渔业生物的凭证信息和DNA条形码资源,为我国水产品物种鉴定提供了重要数据资源[53]。目前DNA条形码技术已广泛应用于水产品中动物源成分的真伪鉴别[54-58]。胡冉冉等[54]以COⅠ基因和16S rRNA基因作为靶基因对国内市售的24种海参进行鉴别,结果发现6份样品与标签名称不符,存在将低价海参品种标为高价海参的现象。石蕊寒等[55]亦证明COⅠ基因和16S rRNA基因在鱼类物种鉴别中具有很高的准确性,可用于市售鱼肉及其深加工制品的真伪鉴别。Pappalardo等[56]运用DNA条形码技术对意大利南部市场中零售的欧洲鲽(Pleuronectesplatesa)和欧洲鳎(Soleasolea)鱼片样本进行检测,结果发现,35%的欧洲鲽和41%的欧洲鳎样本有错贴标签现象。此外,Shokralla等[57]建立了一种针对鱼产品鉴伪的mini-barcoding技术体系,利用较短长度的DNA条形码序列即可有效对北美市场中主要的商业化深加工鱼肉制品进行物种鉴定。
DNA条形码技术是一种简单、快速、有效物种鉴别方法,不受生物发育阶段影响,可有效鉴定残缺个体和近缘物种,操作者无需掌握丰富的专业知识。在DNA条形码数据库存在的前提下,结合高通量测序技术可以一次性快速鉴定大量样本。然而,该技术也存在一些缺陷,如深加工制品中DNA的严重降解会影响DNA条形码的扩增效率;结果分析需要完善的数据库资源作为支撑;此外,核内假基因和近缘物种间基因交流也会导致依据DNA条形码进行物种鉴定时出现错误。
1.10 高分辨率熔解曲线分析技术
高分辨率熔解曲线分析(HRM)技术是近年来兴起的一种PCR扩增后检测技术,可高通量检测基因突变,主要用于基因分型和单核苷酸多态性(SNP)检测等研究。该技术基本原理是在PCR反应体系中加入新型DNA荧光染料,通过实时监测PCR产物在熔链过程中荧光信号的变化来绘制熔解曲线,最后通过熔解曲线形状的差异来判断DNA分子碱基组成差异,从而达到区分物种的目的[59]。目前,该技术在动物性水产品鉴伪应用研究中已有诸多成功事例[60-64]。如Fitzcharles等[61]基于COⅠ基因序列开发了一种可以有效区分形态相似的4种南极鱼的高分辨率熔解曲线方法,具有快速、稳定和高灵敏度的优点。Fernandes[62]同样以COⅠ基因为靶标,建立了一种快速检测鉴定5种商业对虾的高分辨率熔解曲线技术体系,能有效区分凡纳滨对虾、斑节对虾、印度明对虾(F.indicus)、近缘新对虾(Metapenaeusaffinis)和缘沟对虾(Alohaprawn),鉴定精度超过99%。该团队同样利用高分辨率熔解曲线方法,以Cytb基因为靶标开发了一种鉴别大西洋鳕、大头鳕、阿拉斯加狭鳕等鳕鱼的技术,并利用该技术对30份市售标签为鳕鱼的鱼肉样本进行检测,结果发现,30%的样本被错贴标签,存在以低值鱼种代替高值鳕鱼出售的现象[63]。
高分辨率熔解曲线技术无需设计特异性探针,可实现闭管操作,避免样品交叉污染,具有简单快速、高通量、高灵敏度、高特异性和高稳定性的优点,且试验成本远低于测序和qPCR等方法。但高分辨率熔解曲线技术仍存在一定局限性,如不能用于RNA分子的检测、对部分碱基颠换(A/T或G/C之间突变)鉴别能力较弱、仅限于检测短片段扩增产物,且对于熔解曲线相似的碱基变异无法区分。
2 动物性水产品鉴伪技术中常用的DNA靶标
以DNA检测为基础的动物性水产品鉴伪技术是通过分析样品中DNA的多态性来对样品中的动物源性成分进行鉴别,其关键在于选择合适的DNA靶标。目前常用的DNA靶标主要来源于线粒体DNA和核DNA。线粒体DNA一般为母系遗传,具有结构简单、无内含子、无重组和进化速度适中等优点,在动物性水产品鉴伪技术中使用最为普遍,如12S rRNA、16S rRNA、COⅠ和Cytb序列已作为分子标记广泛用于FINS、SS-PCR、mPCR、qPCR、等温扩增技术、DNA条形码和高分辨率熔解曲线技术等的开发[13,41]。其中COⅠ基因5′端约650 bp片段被公认为标准DNA条形码而广泛应用于不同阶元的动物种类的鉴定[54]。此外,线粒体基因拷贝数高,易于提取,在深加工动物性水产品鉴伪中更具优势。然而,由于线粒体DNA在组织和个体间存在拷贝数差异,基于线粒体DNA的检测方法难以在动物性水产品鉴伪时对其中的种源成分进行准确定量。核DNA,如核糖体18S rRNA和内转录间隔区ITS基因等,亦广泛应用于动物性水产品中种源成分鉴别技术的开发,如RAPD、AFLP和RFLP等技术[25]。相比于线粒体DNA,核DNA的拷贝数较低,甚至是单拷贝。因此,基于核DNA开发的鉴伪技术在最低检出限指标的比较上往往会逊于基于线粒体DNA建立的鉴别方法。然而,凭借DNA新检测技术(如等温扩增技术和dPCR)高灵敏度的优势,线粒体DNA因拷贝数高而呈现的灵敏度优势正在逐步消失。可以预见,一些拷贝数恒定或单拷贝的核DNA会被更多地选作DNA靶标而应用于动物性水产品鉴伪中的定性和定量分析。
3 结语和展望
随着人民生活水平的提高,一些高值动物性水产品已成为人们餐桌上的常见菜品。保证水产品中动物源成分的真实性日益受到人们的重视。随着科学技术的不断发展,动物性水产品鉴伪技术也呈现多元化发展,形成了基于形态特征的传统鉴别技术、仿生感官评价技术、光谱和色谱鉴别技术以及基于核酸和蛋白质的鉴别技术[65]。其中,基于核酸的分子检测是目前食品鉴伪中较具权威的方法,也是未来发展的核心趋势。DNA是生物体的主要遗传物质,具有物种唯一性和高稳定性,极适用于食品安全检测监测中种源成分的鉴别。
上述各种以DNA检测为基础的鉴伪技术均可应用于水产品中动物源成分的鉴定。但这些技术的适用范围、复杂性和操作成本各有差异(表1)。因此,在实际应用过程中需充分考虑这些因素的综合影响,要根据研究的目的、分析的样本种类和可用的资金,综合各技术的优缺点来选择不同的检测方法。如只是常规分析少量物种的不同样本,PCR-RFLP、SS-PCR或mPCR是比较经济和高效的鉴别方法;但如果需要高通量检测不同物种的混合样本,则DNA芯片技术、DNA条形码技术或高分辨率熔解曲线技术更具优势;对于一些深加工动物性水产品,由于DNA质量受损,因此不适于用PCR-RAPD或PCR-AFLP方法,而需采用一些对DNA质量要求相对较低且灵敏度高的检测技术,如qPCR、dPCR或mini-barcoding技术;等温扩增技术具有高灵敏度、检测速度快和可视化效果好等优点,其在开发现场快速检测技术方面则具有明显优势。
表1 基于DNA检测的10种动物性水产品鉴伪技术比较分析
发挥各种检测技术之间的优势互补或与新兴技术结合将成为未来发展的重要方向。如环介导等温扩增微流控检测技术整合了等温扩增技术和微流控PCR芯片技术各自的优势,具有操作简便、耗样量少、特异性强和敏感度高等优点,适于市场食品安全监管过程中的即时检测[33];数字化等温扩增技术(dLAMP)则是近年来发展起来的一种综合了dPCR和环介导等温扩增技术优点的生物检测技术,目前已运用于一些食源微生物的快速定量检测中[66];Bar-HRM分析是将高分辨率熔解曲线和DNA条形码技术联用,具有高灵敏度和高特异性的突出优势,在动物性水产品鉴伪领域已经得到了广泛应用[64]。下一代测序(NGS)技术是近年来发展迅猛的全新DNA测序技术,具有通量高、总成本低和信息量高等优点[67]。DNA条形码技术和dPCR平台均可与NGS技术对接,在保证高特异性和高灵敏度的前提下,两者结合可以实现大量样本的高通量检测,从而显著提高检测工作效率[68-69]。如Liu等[68]开发了一套基于Illumina的COⅠ条形码全长序列高通量测序平台,其测序准确性可与第一代测序Sanger技术媲美,且平台对样品DNA质量要求较低,适用于混合样本的高通量鉴定。近年来,纳米技术和生物传感器技术因其快速、高效、直观、无干扰等优点也逐步应用于食品安全控制领域[47]。整合这些新兴技术以提高鉴伪效力将是未来基于DNA检测的水产品鉴伪技术发展的重要趋势之一。
总体上,我国与美国、欧盟等发达国家相比,在动物性水产品鉴伪技术开发研究上起步较晚但发展很快,总体和国际水平处于跟跑和并跑状态。然而,国内因研究单位不同,各种技术在开发和应用过程中没有形成统一和规范的操作标准和规程,难以形成共享的鉴伪数据信息系统,从而限制了相应技术和方法的推广应用。因此,如何实现这些鉴伪技术的标准化也将是今后的一个重点研究方向。