海水eDNA测序，展示鱼类多样性

　　

   

   

采集河流环境DNA与捕获标本进行对比的图片。研究人员的目标是将代表亚马逊鱼类所有目、科和大多数属的遗传物质序列存入公共数据库。图片来源：David de Santana

在巴西、哥伦比亚和秘鲁边境的贾瓦里河流域进行的一次科学考察表明，利用环境DNA测序来调查亚马逊地区的鱼类多样性是可行的。eDNA方法包括提取水样中的DNA分子，并通过遗传标记识别它们所属的物种。

发表在《科学报告》(Scientific Reports)杂志上的一篇研究文章也讨论了这项技术在研究像亚马逊流域这样高度多样化的环境方面的局限性。

“我们需要继续用传统方法捕捉和识别动物，以创建遗传材料库。它们可以作为比较水样中发现的任何东西的参考。随着技术的进步,在几年内我们可以知道所有的鱼类出现在一个地方没有抓住他们,”Carlos David de Santana说，他是这篇文章的第一作者。

“从水样中提取DNA产生了对环境保护非常有利的期望，因为收集水生动物样本的常用方法包括使用渔网和其他渔具，这会产生负面影响”这篇文章的合著者Naércio Menezes说。

这组研究人员在贾瓦里河上呆了18天，在46个采集鱼类标本的地点中的3个采集水样。所代表的物种数量达到了惊人的443种，其中60种是科学界的新物种。

在采集用于eDNA分析的水的地点，使用传统方法捕获了201种物种。然而，通过eDNA分析，只有58%(26%)在物种水平上得到了精确的识别。

“一种可能的解释是，数据库中缺乏可用于比较的参考遗传物质。此外，这些地方的许多物种都是全新的，在使用传统技术之前从未被发现过，”文章的合著者Gislene Torrente-Vilara说。

100毫升水中的DNA

为了对eDNA进行测序，研究人员首先在三个预定位置采集了100毫升地表水样本。对样品进行过滤并与溶液混合，以防止eDNA的降解。

12S线粒体RNA基因是目前世界上应用最广泛的从eDNA中鉴定鱼类的标记。为了在水样中找到这一小段遗传密码，研究人员使用了专门用于分析血液和组织的DNA提取试剂盒。这种技术可以“捕获”水中的粪便和动物组织。

然而，12S是一段缓慢进化的遗传密码，可能不足以在物种水平上识别所有鱼类标本，因为亚马逊的许多物种在数百万年前（最近在进化方面）分化了不止一次。

出于同样的原因，eDNA测序只提供了样本中所代表的顺序的精确描述。它还将生活在大河中的社区与居住在森林深处小溪中的社区区分开来。

亚马逊河流域是世界上淡水鱼类多样性最高的地区，有2700多种科学描述的鱼类，隶属于18目60科500多属。

Santana说:“即使有足够的基因库，仅凭这个标记也很难在物种层面上识别所有东西。最近分化的两种电鳗，例如Electrophorus voltai和E. electricus，可能看起来是单一物种。”

研究人员希望这项技术在未来几年里能够得到足够的改进，使多个DNA样本同时被测序，这样就可以精确地定义物种。在此之前，有必要建立遗传参考图书馆，桑塔纳计划至少对亚马逊地区所有鱼类科和大多数鱼类属的遗传材料进行编目。

在这种情况下，作者强调自然历史博物馆是创建遗传参考图书馆和存储环境样本的理想机构。随着技术的进步，沉积的材料可以以越来越高的精度进行排序。

“博物馆在很长一段时间内保存了生物多样性的样本，并使它们可供后代研究。然而，为了让遗传物质在如此长的时间内保持可行性，他们需要低温设施，或大幅扩大现有设施，重新安排其物理布局，并获得大量设备，如超低温冰箱和液氮罐。”该文章的另一位合著者、鱼类管理员Aléssio Datovo说。

这项技术也可以用于环境监测，甚至可以通过公民科学项目让学校和河流社区参与保护计划。