环境DNA揭示了劳伦森五大湖入侵物种的遗传多样性和种群结构

环境DNA(eDNA) 采样通过分析生物体释放到环境中的DNA，可用于收集各种生态系统中物种的信息。作为一种无创、高效的水生环境遗传物质取样方法，虽然其通常用于物种检测，但eDNA也可以提供关于种群水平遗传变异的信息。近日，一项发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）的研究对整个劳伦森五大湖地区进行eDNA采样，分析了eDNA取样在鱼类物种的遗传多样性和结构方面的潜力。这项研究强调了eDNA取样揭示详细种群特征的潜力，这可能为难以通过传统方法取样的物种监测和管理计划提供信息。

qPCR检测eDNA样品中mtDNA和nuDNA浓度的结果。(A)圆虾虎鱼组织和eDNA取样地点；(B) eDNA中mtDNA(紫色)的浓度远高于nuDNA(蓝色)的浓度；(C)对数转换mtDNA和nuDNA浓度彼此相关。预测(蓝线)和95% CI(阴影区)来自每个样品中对数转换DNA浓度的线性模型。图源：该研究

生态学家已经证明，物种释放到环境中的遗传物质不仅可以揭示该物种的存在，还可以揭示整个种群的广泛遗传信息。环境DNA的研究进展为保护濒危和脆弱物种以及管理破坏性入侵物种开辟了新的可能性。

研究人员表示:“这一突破是从eDNA中不断了解更多信息的持续轨迹的一部分，这项新研究检测了一个物种内的遗传变异。”研究人员证明，他们的方法在劳伦森五大湖和纽约手指湖的入侵圆形虾虎鱼的现场采样是成功的。

这项研究建立在两年前在纽约卡尤加湖进行的一项试点研究的基础上，当时研究人员从圆虾虎鱼身上提取了组织样本，并从虾虎鱼居住的水中提取了eDNA样本。他们发现这两种方法提供了相似的遗传信息。

在大多数动物的细胞中，细胞核包含完整遗传密码的两个副本，但每个细胞在线粒体中包含100到1,000个较小的、精简版遗传密码的副本。研究人员说，迄今为止，大多数关于eDNA的研究都集中在线粒体DNA上，因为它在环境样本中的含量可能更为丰富。虽然线粒体DNA在区分物种方面表现很好，但它提供的关于物种内部变异的信息远不如核DNA。

在五大湖的研究中，研究人员从密歇根湖到奥奈达湖的13个地点收集了圆形虾虎鱼的水和组织样本，发现他们的eDNA采样方法可以用来检测核遗传变异，从而使分析物种内的遗传多样性和变异成为可能。这些信息对自然资源管理者很有用，因为它可以帮助他们追踪新入侵物种的来源，并通过确定入侵物种的移动方式和如何来防止进一步入侵或将危害降到最低。

这一突破还可以帮助科学家了解濒危物种的物种统计数据，而不需要实际捕获已经稀有和脆弱的动物。经历种群数量下降的物种可能会遭受遗传多样性的丧失，而eDNA可能会让研究人员更早地发现这些下降。

“当基因组技术应用于水生eDNA样本时，这是释放基因组技术全部潜力的重要一步，”研究人员表示，“在不久的将来，预计这项技术将使我们能够研究难以捉摸的物种的状况和健康情况。我相信这具有深远的意义，特别是在海洋环境中。”

编译：Sara

审核：Daisy

编辑：Tommy