作為一門應(yīng)用學(xué)科，環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域一直不斷吸收、引進其它領(lǐng)域的新成果，而隨著環(huán)境DNA(eDNA)技術(shù)不斷發(fā)展，用于基因鑒定的PCR和DNA測序儀未來可能不僅用于環(huán)境科研領(lǐng)域，更將在環(huán)境監(jiān)測常規(guī)任務(wù)中大顯身手!
中國環(huán)境監(jiān)測總站與南京大學(xué)近日在南京聯(lián)合舉辦了首屆“環(huán)境DNA與生態(tài)健康評估”學(xué)術(shù)研討會，與會專家以“推動eDNA技術(shù)在我國環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展”為主題展開了深入研討!會上各位專家分別從eDNA技術(shù)的成熟度、標(biāo)準(zhǔn)化以及建立生態(tài)健康評估指標(biāo)等方面交流看法，并初步成立了專家委員會，致力于后續(xù)eDNA技術(shù)的研究應(yīng)用工作，為我國水生生物的有效監(jiān)測和水環(huán)境的科學(xué)管理提供新的思路和方法。
上世紀(jì)80年代，eDNA的概念被首次提出，用于研究陸地動物食性或淡水環(huán)境中的微生物組成等。eDNA的環(huán)境樣品是一個非常寬松的概念，可以包括土壤、沉積物、排泄物、空氣、水體，甚至生物個體本身(如馬氏網(wǎng)捕獲的昆蟲)。動物在某個環(huán)境中生活，身上的各種痕跡會攜帶著自身DNA掉落到四周。在一份環(huán)境樣品中，可包含的DNA片段能達到上千萬個，而每一個物種能攜帶的DNA又是獨一無二的。將從樣品中獲得的遺傳標(biāo)記序列與DNA數(shù)據(jù)庫中的序列相比對，就像是在通訊錄里找到相應(yīng)的電話號碼，從而確認(rèn)分析的DNA來自什么物種。
目前eDNA技術(shù)主要用于環(huán)境生物多樣性調(diào)查和特定生物調(diào)查。
對環(huán)境的生物多樣性調(diào)查，方法是檢測環(huán)境樣品中盡可能多的DNA序列，與數(shù)據(jù)庫比對分析它們所屬的物種分類信息，最終鑒定在這個環(huán)境中生活的所有物種，這個方法又被稱為DNA宏條形碼。在樣品處理上，DNA宏條形碼使用普通的PCR或直接霰彈槍法(shotgun strategy)測序，這兩個實驗方法都比較成熟，能夠方便獲得多個DNA序列。
特定生物調(diào)查，目標(biāo)是尋找在環(huán)境樣本中是否有單一物種的DNA存在，通常用于研究和追蹤珍稀物種在自然界的分布。它與第一類DNA宏條形碼的區(qū)別在于它并不在意環(huán)境中屬于其它物種的DNA，因此在樣品處理上通常使用更精確的定量PCR(qPCR)技術(shù)，目標(biāo)是找到極其少量的目標(biāo)物種的DNA。
2018年4月12日，美國華盛頓州立大學(xué)助理教授Caren Goldberg通過檢測環(huán)境DNA(eDNA)，確證了全球第四只斑鱉的存在。2018年，首屆海洋環(huán)境DNA會議在美國洛克菲勒大學(xué)舉行，會議指出對漁業(yè)、瀕危物種進行監(jiān)控時，應(yīng)該讓海水中的環(huán)境DNA“物盡其用”。
eDNA技術(shù)在環(huán)境生物多樣性調(diào)查中有多種優(yōu)勢。以水體為例，以前水體中生物多樣性調(diào)查多采用垂釣、拖網(wǎng)、潛水等方法，如果靠傳統(tǒng)捕撈手段，研究者在同一海域能捕獲到約20種不同的魚類;但用環(huán)境DNA，在同一水域中則可以有100多個物種被檢測出來。而且跟拖動笨重的漁網(wǎng)相比，舀一杯水會輕快得多。之前，測定DNA不僅費用昂貴，而且需要的時間較長。隨著基因測序技術(shù)的發(fā)展，弄清環(huán)境中有哪些生物的DNA不像先前一般昂貴，而且效率越來越高。
但eDNA技術(shù)若要真正發(fā)揮實力，還需要一些工作，如是否能成功提取出所有目標(biāo)生物的DNA，測序結(jié)果能否從DNA數(shù)據(jù)庫的序列中找到參照。在不同的環(huán)境中，生物掉落的DNA可能隨著水流、溫度、酸堿性等因素，在較短的時間內(nèi)稀釋、降解，從而給提取出所需要的物種DNA帶來難度。
生物的整個DNA攜帶的信息量非常龐大，只要選取其中一段就可以判定物種種類，但具體選擇哪一段基因需要好好考量。比如COI基因作為使用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)條形碼基因，有當(dāng)前最豐富的參考序列數(shù)據(jù)庫，對于物種的鑒定特異性較高，但是可能不足以涵蓋高度的多樣性。
另一方面，若DNA數(shù)據(jù)庫沒有全面、高質(zhì)量的序列儲備，即便從海洋中提取出環(huán)境DNA，也只能是“巧婦難為無米之炊”。有時我們將檢測結(jié)果與數(shù)據(jù)庫相對比，得出的結(jié)果是“未知”，但答案真的是未知嗎?或許傳統(tǒng)的物種鑒定學(xué)家應(yīng)該和環(huán)境DNA的研究者一起工作，DNA數(shù)據(jù)庫需要擴充。
不論如何，環(huán)境DNA研究受到了越來越多的關(guān)注，近兩年環(huán)境DNA相關(guān)的研究人員和研究課題都明顯變多。不過，這項技術(shù)能否成為未來的主流，還需要更多的時間和經(jīng)費去驗證。
