環(huán)境DNA揭示了勞倫森五大湖入侵物種的遺傳多樣性和種群結(jié)構(gòu)

環(huán)境DNA(eDNA) 采樣通過分析生物體釋放到環(huán)境中的DNA，可用于收集各種生態(tài)系統(tǒng)中物種的信息。作為一種無創(chuàng)、高效的水生環(huán)境遺傳物質(zhì)取樣方法，雖然其通常用于物種檢測(cè)，但eDNA也可以提供關(guān)于種群水平遺傳變異的信息。近日，一項(xiàng)發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）的研究對(duì)整個(gè)勞倫森五大湖地區(qū)進(jìn)行eDNA采樣，分析了eDNA取樣在魚類物種的遺傳多樣性和結(jié)構(gòu)方面的潛力。這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了eDNA取樣揭示詳細(xì)種群特征的潛力，這可能為難以通過傳統(tǒng)方法取樣的物種監(jiān)測(cè)和管理計(jì)劃提供信息。

qPCR檢測(cè)eDNA樣品中mtDNA和nuDNA濃度的結(jié)果。(A)圓蝦虎魚組織和eDNA取樣地點(diǎn)；(B) eDNA中mtDNA(紫色)的濃度遠(yuǎn)高于nuDNA(藍(lán)色)的濃度；(C)對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換mtDNA和nuDNA濃度彼此相關(guān)。預(yù)測(cè)(藍(lán)線)和95% CI(陰影區(qū))來自每個(gè)樣品中對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換DNA濃度的線性模型。圖源：該研究

生態(tài)學(xué)家已經(jīng)證明，物種釋放到環(huán)境中的遺傳物質(zhì)不僅可以揭示該物種的存在，還可以揭示整個(gè)種群的廣泛遺傳信息。環(huán)境DNA的研究進(jìn)展為保護(hù)瀕危和脆弱物種以及管理破壞性入侵物種開辟了新的可能性。

研究人員表示:“這一突破是從eDNA中不斷了解更多信息的持續(xù)軌跡的一部分，這項(xiàng)新研究檢測(cè)了一個(gè)物種內(nèi)的遺傳變異。”研究人員證明，他們的方法在勞倫森五大湖和紐約手指湖的入侵圓形蝦虎魚的現(xiàn)場(chǎng)采樣是成功的。

這項(xiàng)研究建立在兩年前在紐約卡尤加湖進(jìn)行的一項(xiàng)試點(diǎn)研究的基礎(chǔ)上，當(dāng)時(shí)研究人員從圓蝦虎魚身上提取了組織樣本，并從蝦虎魚居住的水中提取了eDNA樣本。他們發(fā)現(xiàn)這兩種方法提供了相似的遺傳信息。

在大多數(shù)動(dòng)物的細(xì)胞中，細(xì)胞核包含完整遺傳密碼的兩個(gè)副本，但每個(gè)細(xì)胞在線粒體中包含100到1,000個(gè)較小的、精簡(jiǎn)版遺傳密碼的副本。研究人員說，迄今為止，大多數(shù)關(guān)于eDNA的研究都集中在線粒體DNA上，因?yàn)樗诃h(huán)境樣本中的含量可能更為豐富。雖然線粒體DNA在區(qū)分物種方面表現(xiàn)很好，但它提供的關(guān)于物種內(nèi)部變異的信息遠(yuǎn)不如核DNA。

在五大湖的研究中，研究人員從密歇根湖到奧奈達(dá)湖的13個(gè)地點(diǎn)收集了圓形蝦虎魚的水和組織樣本，發(fā)現(xiàn)他們的eDNA采樣方法可以用來檢測(cè)核遺傳變異，從而使分析物種內(nèi)的遺傳多樣性和變異成為可能。這些信息對(duì)自然資源管理者很有用，因?yàn)樗梢詭椭麄冏粉櫺氯肭治锓N的來源，并通過確定入侵物種的移動(dòng)方式和如何來防止進(jìn)一步入侵或?qū)⑽：档阶畹汀?/p>

這一突破還可以幫助科學(xué)家了解瀕危物種的物種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，而不需要實(shí)際捕獲已經(jīng)稀有和脆弱的動(dòng)物。經(jīng)歷種群數(shù)量下降的物種可能會(huì)遭受遺傳多樣性的喪失，而eDNA可能會(huì)讓研究人員更早地發(fā)現(xiàn)這些下降。

“當(dāng)基因組技術(shù)應(yīng)用于水生eDNA樣本時(shí)，這是釋放基因組技術(shù)全部潛力的重要一步，”研究人員表示，“在不久的將來，預(yù)計(jì)這項(xiàng)技術(shù)將使我們能夠研究難以捉摸的物種的狀況和健康情況。我相信這具有深遠(yuǎn)的意義，特別是在海洋環(huán)境中?！?/p>

編譯：Sara

審核：Daisy

編輯：Tommy