環(huán)境也有“DNA”？中國(guó)科學(xué)家引領(lǐng)“水”的監(jiān)測(cè)革命！

環(huán)境DNA（eDNA）是生物與環(huán)境相互作用時(shí)留下的微量DNA，可以從各種環(huán)境樣品中獲取，最常見(jiàn)的來(lái)源是各種水體。eDNA監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)生物及其環(huán)境不造成損傷，并且具有相當(dāng)?shù)臋z測(cè)靈敏度和準(zhǔn)確度，已經(jīng)在水生態(tài)監(jiān)測(cè)中得到廣泛應(yīng)用，特別是在檢測(cè)瀕?；蛉肭治锓N、調(diào)查水生生物多樣性等方面發(fā)揮了巨大作用。除了魚類，eDNA技術(shù)還被廣泛應(yīng)用于其它類群的研究，如寄生蟲、兩棲動(dòng)物、珊瑚、貽貝、海洋哺乳動(dòng)物、有害藻類等。此外，專門的數(shù)據(jù)庫(kù)和大規(guī)?；蚪M測(cè)序項(xiàng)目為eDNA監(jiān)測(cè)提供了支持。鑒于eDNA技術(shù)的廣泛應(yīng)用和不同水體的復(fù)雜性質(zhì)，該技術(shù)在標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化方面的重要性逐漸凸顯，受到了越來(lái)越多的研究人員的關(guān)注。

近日，SCIENCE CHINA Life Sciences發(fā)表中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所何舜平研究員團(tuán)隊(duì)與北京大學(xué)姚蒙副研究員團(tuán)隊(duì)題為“Advances in environmental DNA monitoring: standardization, automation, and emerging technologies in aquatic ecosystems”的綜述文章，系統(tǒng)性概括了水生態(tài)系統(tǒng)中環(huán)境DNA監(jiān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)展，包括水生態(tài)eDNA監(jiān)測(cè)的三類方式（圖1），水生態(tài)eDNA監(jiān)測(cè)應(yīng)用的新設(shè)備（圖2），以及新檢測(cè)技術(shù)在eDNA研究中的應(yīng)用等（圖3）。

圖1 水生態(tài)eDNA監(jiān)測(cè)的三類方式

圖2 水生態(tài)eDNA監(jiān)測(cè)應(yīng)用的新設(shè)備

圖3 新檢測(cè)技術(shù)在eDNA研究中的應(yīng)用

文章歸納了三種主要的eDNA調(diào)查方式：帶回水樣、帶回過(guò)濾器和帶回?cái)?shù)據(jù)，每種方式在勞動(dòng)力、運(yùn)輸和數(shù)據(jù)獲取方面都有其特定的優(yōu)勢(shì)和限制。此外，文章還討論了eDNA采樣設(shè)備的最新創(chuàng)新，包括自主無(wú)人機(jī)、深潛采樣器和原位富集設(shè)備等，以及它們?cè)诒O(jiān)測(cè)不同生物類群中的應(yīng)用。

值得注意的是，文章還探討了基于CRISPR-Cas和納米孔測(cè)序的物種特異性檢測(cè)和eDNA宏條形碼技術(shù)的最近進(jìn)展，這些技術(shù)使得對(duì)生物多樣性的快速檢測(cè)成為可能。同時(shí)，環(huán)境RNA和表觀遺傳修飾的未來(lái)應(yīng)用也被考慮在內(nèi)，為提供細(xì)致的生態(tài)數(shù)據(jù)提供了新的可能性。

文章最后強(qiáng)調(diào)，標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化在提高數(shù)據(jù)一致性和可比性、加強(qiáng)長(zhǎng)期生物監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。這些技術(shù)的融合代表了生態(tài)監(jiān)測(cè)的范式轉(zhuǎn)變，符合當(dāng)前對(duì)生物多樣性保護(hù)和水生生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)管理的迫切需求。該工作從新設(shè)備和新技術(shù)的角度為環(huán)境DNA領(lǐng)域的發(fā)展提供了啟示。

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Advances in environmental DNA monitoring: standardization, automation, and emerging technologies in aquatic ecosystems?. SCIENCE CHINA Life Sciences (2024)