環(huán)境也有“DNA”？中國科學家引領“水”的監(jiān)測革命！

環(huán)境DNA（eDNA）是生物與環(huán)境相互作用時留下的微量DNA，可以從各種環(huán)境樣品中獲取，最常見的來源是各種水體。eDNA監(jiān)測技術對生物及其環(huán)境不造成損傷，并且具有相當?shù)臋z測靈敏度和準確度，已經(jīng)在水生態(tài)監(jiān)測中得到廣泛應用，特別是在檢測瀕?；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技術還被廣泛應用于其它類群的研究，如寄生蟲、兩棲動物、珊瑚、貽貝、海洋哺乳動物、有害藻類等。此外，專門的數(shù)據(jù)庫和大規(guī)模基因組測序項目為eDNA監(jiān)測提供了支持。鑒于eDNA技術的廣泛應用和不同水體的復雜性質(zhì)，該技術在標準化和自動化方面的重要性逐漸凸顯，受到了越來越多的研究人員的關注。

近日，SCIENCE CHINA Life Sciences發(fā)表中國科學院水生生物研究所何舜平研究員團隊與北京大學姚蒙副研究員團隊題為“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)測技術的進展，包括水生態(tài)eDNA監(jiān)測的三類方式（圖1），水生態(tài)eDNA監(jiān)測應用的新設備（圖2），以及新檢測技術在eDNA研究中的應用等（圖3）。

圖1 水生態(tài)eDNA監(jiān)測的三類方式

圖2 水生態(tài)eDNA監(jiān)測應用的新設備

圖3 新檢測技術在eDNA研究中的應用

文章歸納了三種主要的eDNA調(diào)查方式：帶回水樣、帶回過濾器和帶回數(shù)據(jù)，每種方式在勞動力、運輸和數(shù)據(jù)獲取方面都有其特定的優(yōu)勢和限制。此外，文章還討論了eDNA采樣設備的最新創(chuàng)新，包括自主無人機、深潛采樣器和原位富集設備等，以及它們在監(jiān)測不同生物類群中的應用。

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

文章最后強調(diào)，標準化和自動化在提高數(shù)據(jù)一致性和可比性、加強長期生物監(jiān)測方面發(fā)揮著至關重要的作用。這些技術的融合代表了生態(tài)監(jiān)測的范式轉變，符合當前對生物多樣性保護和水生生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)管理的迫切需求。該工作從新設備和新技術的角度為環(huán)境DNA領域的發(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)