2024-09-09
eDNA(environmenta DNA)是(shi)指從(cong)環境樣(yang)(yang)品(水體(ti)、土壤(rang)、沉(chen)積物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、空(kong)(kong)氣(qi)、混(hun)(hun)合物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)等(deng)(deng))中(zhong)提取物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)種(zhong)的(de)(de)(de)(de)DNA,區別于傳統從(cong)單物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)種(zhong)樣(yang)(yang)品中(zhong)提取的(de)(de)(de)(de)DNA[1,2]，是(shi)各(ge)種(zhong)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)DNA混(hun)(hun)合物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)[1,2]。而空(kong)(kong)氣(qi)樣(yang)(yang)本(ben)的(de)(de)(de)(de)收集在(zai)生(sheng)態監測中(zhong)一直有很大(da)的(de)(de)(de)(de)挑戰性，尤其是(shi)在(zai)檢(jian)測空(kong)(kong)氣(qi)中(zhong)極微量(liang)的(de)(de)(de)(de)DNA時。相比(bi)于土壤(rang)、水體(ti)或沉(chen)積物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)采集，空(kong)(kong)氣(qi)樣(yang)(yang)本(ben)難以精確控制其來源和組(zu)成，且(qie)(qie)容易受到外界環境的(de)(de)(de)(de)干擾，如風(feng)速、濕(shi)度、溫(wen)度等(deng)(deng)因素的(de)(de)(de)(de)影響。即便(bian)在(zai)理(li)想的(de)(de)(de)(de)采樣(yang)(yang)條件下，空(kong)(kong)氣(qi)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)DNA通常(chang)也極其稀少(shao)且(qie)(qie)易于降解，這給(gei)后續(xu)的(de)(de)(de)(de)DNA提取和分析帶(dai)來了(le)困難。 空(kong)氣(qi)(qi)(qi)濾膜的(de)(de)(de)(de)(de)(de)出現通(tong)(tong)過(guo)(guo)(guo)使用(yong)高(gao)效的(de)(de)(de)(de)(de)(de)空(kong)氣(qi)(qi)(qi)過(guo)(guo)(guo)濾裝(zhuang)置(zhi)，將空(kong)氣(qi)(qi)(qi)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)顆粒物(wu)(wu)(wu)(wu)（包括(kuo)微生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)、花粉、皮屑和(he)其他(ta)含(han)有(you)DNA的(de)(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)(wu)(wu)(wu)質）捕獲(huo)在(zai)濾膜上，為后續(xu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)環境(jing)DNA分析奠定(ding)了(le)(le)基礎。空(kong)氣(qi)(qi)(qi)濾膜eDNA研究(jiu)(jiu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基本原理(li)是通(tong)(tong)過(guo)(guo)(guo)空(kong)氣(qi)(qi)(qi)過(guo)(guo)(guo)濾裝(zhuang)置(zhi)捕獲(huo)空(kong)氣(qi)(qi)(qi)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)顆粒物(wu)(wu)(wu)(wu)，這(zhe)些顆粒物(wu)(wu)(wu)(wu)可能(neng)(neng)含(han)有(you)來自(zi)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)DNA片段。eDNA擴增子技(ji)(ji)(ji)術(shu)通(tong)(tong)過(guo)(guo)(guo)從空(kong)氣(qi)(qi)(qi)濾膜中提(ti)取環境(jing)DNA，結合高(gao)通(tong)(tong)量測序技(ji)(ji)(ji)術(shu)，對(dui)(dui)這(zhe)些DNA進(jin)行擴增與(yu)鑒定(ding)分析，從而確(que)定(ding)空(kong)氣(qi)(qi)(qi)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)物(wu)(wu)(wu)(wu)種組成。eDNA擴增子測序能(neng)(neng)夠對(dui)(dui)生(sheng)(sheng)(sheng)態(tai)(tai)群落(luo)進(jin)行大規模監(jian)(jian)(jian)測和(he)表征，有(you)效的(de)(de)(de)(de)(de)(de)彌補了(le)(le)傳統(tong)監(jian)(jian)(jian)測方法的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不足，為生(sheng)(sheng)(sheng)態(tai)(tai)研究(jiu)(jiu)提(ti)供(gong)了(le)(le)更(geng)加全面和(he)敏捷的(de)(de)(de)(de)(de)(de)手段[3,4]。生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)監(jian)(jian)(jian)測不再只依賴于物(wu)(wu)(wu)(wu)理(li)觀察，而是通(tong)(tong)過(guo)(guo)(guo)其DNA的(de)(de)(de)(de)(de)(de)存(cun)在(zai)或豐度(du)進(jin)行間接監(jian)(jian)(jian)測，這(zhe)使得可以同時監(jian)(jian)(jian)測成百上千個(ge)物(wu)(wu)(wu)(wu)種或分類(lei)群體(ti)，極大提(ti)高(gao)了(le)(le)監(jian)(jian)(jian)測的(de)(de)(de)(de)(de)(de)廣(guang)度(du)和(he)效率[3]。這(zhe)種技(ji)(ji)(ji)術(shu)不僅(jin)在(zai)監(jian)(jian)(jian)測生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)多樣性(xing)方面具有(you)顯著優勢(shi)，還(huan)能(neng)(neng)夠識別空(kong)氣(qi)(qi)(qi)中潛在(zai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)病原體(ti)，為環境(jing)保護與(yu)公(gong)共衛生(sheng)(sheng)(sheng)提(ti)供(gong)科學依據(ju)。通(tong)(tong)過(guo)(guo)(guo)定(ding)期(qi)監(jian)(jian)(jian)測空(kong)氣(qi)(qi)(qi)樣本中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)eDNA，可以跟蹤物(wu)(wu)(wu)(wu)種遷移、季節性(xing)變化(hua)以及(ji)環境(jing)壓力對(dui)(dui)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)群落(luo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響。此外，這(zhe)種技(ji)(ji)(ji)術(shu)在(zai)研究(jiu)(jiu)氣(qi)(qi)(qi)候變化(hua)、環境(jing)污染和(he)生(sheng)(sheng)(sheng)態(tai)(tai)修(xiu)復等領(ling)域也(ye)展現出巨大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)潛力。 真(zhen)菌是生命中最(zui)具多樣性(xing)和(he)生態(tai)(tai)重要(yao)性(xing)的(de)界之一，然而，真(zhen)菌的(de)分(fen)布范(fan)圍和(he)影(ying)響其分(fen)布的(de)生態(tai)(tai)機制在很大程度上(shang)(shang)仍然是未知的(de)[6,7]。今年（2024）7月(yue)份，Abrego等人在Nature主(zhu)刊上(shang)(shang)發表了其關(guan)于(yu)真(zhen)菌的(de)研(yan)究進展[8]。文章從全球47個地點收集了空氣中大于(yu)1μm的(de)顆粒，揭示了真(zhen)菌物種(zhong)豐(feng)富度和(he)群落組成在空間和(he)季節上(shang)(shang)的(de)動(dong)態(tai)(tai)變化(hua)過程。 Lynggaard等人在2022年[9]和(he)2024[10]年分別在Current Biology和(he)Mol Ecol Resour上發表了(le)關于動(dong)物(wu)園和(he)森林中空(kong)氣eDNA的研究(jiu)成果，來(lai)探索哺乳(ru)動(dong)物(wu)和(he)脊椎動(dong)物(wu)的多樣性。為(wei)監測陸地生態(tai)系統中的哺乳(ru)動(dong)物(wu)和(he)脊椎動(dong)物(wu)群(qun)落提供了(le)一(yi)種高(gao)效的工具(ju)，這對于理解(jie)生物(wu)多樣性和(he)進行生態(tai)系統管理至關重要。這兩篇文章用到的是相同的引(yin)物(wu)，引(yin)物(wu)詳(xiang)情(qing)如下：
在空(kong)氣(qi)樣(yang)本的(de)(de)研(yan)究(jiu)中(zhong)，除了空(kong)氣(qi)濾(lv)膜之(zhi)外，偶爾(er)也會遇(yu)到一些(xie)有(you)趣的(de)(de)樣(yang)本。比如Newton等(deng)人今年(nian)（2024年(nian)）在iScience發表(biao)了一篇關于蜘蛛網(wang)樣(yang)本的(de)(de)eDNA研(yan)究(jiu)[11]，共收集了來(lai)自野生動(dong)物(wu)(wu)(wu)(wu)保護區和動(dong)物(wu)(wu)(wu)(wu)園的(de)(de)49個(ge)蜘蛛網(wang)，來(lai)探索蜘蛛網(wang)能(neng)否作(zuo)為被動(dong)生物(wu)(wu)(wu)(wu)過濾(lv)器來(lai)指示環境(jing)中(zhong)的(de)(de)生物(wu)(wu)(wu)(wu)多樣(yang)性。研(yan)究(jiu)結果表(biao)明，蜘蛛網(wang)能(neng)夠捕(bu)捉(zhuo)到來(lai)自周圍環境(jing)中(zhong)的(de)(de)多種脊椎動(dong)物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)eDNA，包括(kuo)哺乳動(dong)物(wu)(wu)(wu)(wu)、鳥類、爬行動(dong)物(wu)(wu)(wu)(wu)和兩棲動(dong)物(wu)(wu)(wu)(wu)。該文(wen)用到的(de)(de)測序引(yin)物(wu)(wu)(wu)(wu)如下：
空氣(qi)樣(yang)品采集(ji)建議： 1.對(dui)于(yu)空氣樣本采集(ji)(ji)，我們建議使用專門的空氣收集(ji)(ji)儀器(qi)，使用時注意對(dui)專用采樣儀器(qi)的進(jin)樣頭(tou)(tou)、切割頭(tou)(tou)和膜托等關鍵部(bu)位(wei)進(jin)行清洗。 2.目前(qian)主流(liu)采(cai)樣模式大(da)概分為(wei)(wei)兩(liang)種(zhong)，一種(zhong)是無(wu)(wu)菌(jun)濾(lv)膜(mo)收(shou)集(ji)(ji)方(fang)法，另(ling)一種(zhong)是液(ye)體撞擊式收(shou)集(ji)(ji)方(fang)法。其中無(wu)(wu)菌(jun)濾(lv)膜(mo)收(shou)集(ji)(ji)方(fang)法，可將無(wu)(wu)菌(jun)濾(lv)膜(mo)置于(yu)采(cai)樣器中（濾(lv)膜(mo)材質為(wei)(wei)玻璃纖維(wei)，直徑80mm），空(kong)氣(qi)流(liu)量(liang)為(wei)(wei)100 L/min，采(cai)集(ji)(ji)后用無(wu)(wu)菌(jun)水或PBS緩沖液(ye)沖洗濾(lv)膜(mo)，將濾(lv)膜(mo)上沉(chen)積(ji)顆(ke)粒物(wu)溶于(yu)其中，后續對液(ye)體12000 r/min離(li)心20min，取(qu)(qu)沉(chen)淀提取(qu)(qu)DNA即可；另(ling)外(wai)液(ye)體撞擊收(shou)集(ji)(ji)方(fang)法，建議用無(wu)(wu)菌(jun)水或者(zhe)PBS緩沖液(ye)作(zuo)為(wei)(wei)樣品吸附液(ye)，收(shou)集(ji)(ji)完后，對含有空(kong)氣(qi)微(wei)生物(wu)的(de)(de)吸附液(ye)進行(xing)離(li)心或者(zhe)過濾(lv)濃(nong)縮的(de)(de)方(fang)法提取(qu)(qu)DNA即可； 3.對于無菌濾膜收集方(fang)法，老師可以通過寄送濾膜的形(xing)式(shi)將收集的空(kong)氣微生物樣品運(yun)往(wang)公司，運(yun)輸(shu)途中(zhong)建議干(gan)冰寄送； 4.對于液體撞(zhuang)擊收(shou)集(ji)方法，老師可以通過將(jiang)吸附(fu)液，吸附(fu)液的(de)(de)(de)體積不能大于500ml；或者將(jiang)吸附(fu)液過濾(lv)(lv)后(hou)的(de)(de)(de)濾(lv)(lv)膜寄(ji)往公司，過濾(lv)(lv)的(de)(de)(de)步驟(zou)可以參照灌溉水樣的(de)(de)(de)樣本(ben)采集(ji)流程；樣品運(yun)輸建議干冰(bing)寄(ji)送；
空氣濾膜eDNA研究(jiu)為生(sheng)態(tai)監(jian)測和環境保(bao)護提(ti)供了一(yi)種創新且高效的(de)方法。盡管在樣本(ben)收集、污染控制和DNA降解等方面仍然面臨技(ji)術挑戰，但(dan)我們相信隨著分子(zi)生(sheng)物學技(ji)術的(de)進步(bu)，空氣eDNA研究(jiu)在生(sheng)態(tai)研究(jiu)和公共(gong)衛生(sheng)領(ling)域的(de)發展(zhan)前景會越來越好！
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