近日，真邁生物聯(lián)合深圳市環(huán)境科學(xué)研究院在Frontiers in Environmental Science上發(fā)表題為“Water filter: A rapid water?environmental DNA collector in the field”的科研成果，系統(tǒng)描述了一款新型便攜式eDNA富集儀——GM dual-channel water filter（以下簡稱為GM eDNA富集儀）的基本組成及工作流程，并提供了一系列基準(zhǔn)測試的比較。

該eDNA富集儀可用于野外大體積水樣的快速過濾（使用0.22 μm過濾膜，實(shí)現(xiàn)10分鐘內(nèi)完成10升水的過濾），并配備一套適用于大型濾膜(?100 mm)的DNA提取試劑盒（GM Water Filter DNA Extraction Kit，以下簡稱為GM提取試劑盒），在野外水樣采集和生物多樣性監(jiān)測領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢：

1.有效減少過濾時間，顯著提升采樣效率，為快速響應(yīng)野外作業(yè)需求提供了保障；

2.減少了對大體積水樣運(yùn)輸?shù)囊蕾?，避免了長途運(yùn)輸可能對樣本造成的污染和降解風(fēng)險；

3.保護(hù)eDNA完整性，快速過濾最大限度地減緩了eDNA的降解，確保了eDNA分子的完整性，為后續(xù)的物種注釋和生物監(jiān)測提供了可靠的基礎(chǔ)。

這項(xiàng)創(chuàng)新簡化了大體積水樣eDNA收集的流程，為生物多樣性監(jiān)測和物種保護(hù)工作提供了有力的技術(shù)支持。

環(huán)境DNA（Environmental 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(土壤、沉積物和水體等)中獲取。水生生態(tài)系統(tǒng)是人類賴以生存和發(fā)展的重要自然資源之一。通過直接提取水環(huán)境中的DNA片段，然后利用高通量測序技術(shù)進(jìn)行生物物種的定性或定量分析，已經(jīng)成為一種新的水生生物調(diào)查方法，在生物入侵的防治、瀕危物種的保護(hù)、生物多樣性的調(diào)查以及生物量的評估等方面具有廣泛應(yīng)用。

水環(huán)境eDNA分析通常需要將水樣過濾，使eDNA被截留在濾膜上，并通過保存濾膜實(shí)現(xiàn)eDNA的采集。采樣體積通常在15?ml至10?L之間，1-2?L的采樣量最常見。對于稀有物種，需要增加采樣體積以提升eDNA的濃度。因此，能夠在野外迅速完成大體積水樣的過濾對于后續(xù)eDNA提取和測序工作都至關(guān)重要，有助于確保eDNA的完整性和測序的質(zhì)量。已報道的背負(fù)式eDNA采樣設(shè)備Smith-Root ANDe? system，流速閾值為1.0 L/min，雖提高了采樣速度，并將eDNA的污染風(fēng)險降至最低。然而，該系統(tǒng)適配的濾膜孔徑為1 μm和5 μm，不是通常eDNA研究中使用的小孔徑濾膜(0.22或0.45 μm)。另外一款已報道的便攜式水生eDNA過濾系統(tǒng)包含一個便攜式泵，可適配0.22 μm或0.45 μm?Sterivex過濾器，無阻礙過濾速率分別為150.05±7.01 mL/min和151.70±6.72 mL/min。顯而易見，對于大體積水樣的野外過濾來說，這個速率仍然很慢。

GM eDNA富集儀是一款創(chuàng)新的eDNA采樣設(shè)備，設(shè)計小巧便攜，適合野外作業(yè)。配備9000 mA的高容量鋰電池，可支持雙通道同時運(yùn)行5小時，適配0.22?μm或0.45 μm孔徑的濾膜，并提供高達(dá)1 L/min的過濾速率，實(shí)現(xiàn)10分鐘之內(nèi)完成10 L水體的過濾，滿足野外eDNA的高效富集需求。

本設(shè)備由電池、開關(guān)、蠕動泵、過濾裝置、連接管路、計時器、壓力監(jiān)控裝置、進(jìn)水口、出水口、濾板等組成（圖1）。主要技術(shù)參數(shù)如下：

此外，進(jìn)水管配備了一個桶狀濾網(wǎng)（120目）和一個蝶形過濾器（孔徑10?μm），可用于渾濁水體的預(yù)過濾。

本設(shè)備用戶界面直觀，操作步驟簡單，有些實(shí)驗(yàn)人員甚至無需閱讀說明書即可使用?；玖鞒倘缦拢喊惭b前置預(yù)過濾器→連接管路→潤洗/消毒→放置濾膜，啟動過濾→收集/保存濾膜→清洗管路。在獲得含eDNA的濾膜（直徑100 mm）后，使用真邁生物團(tuán)隊配套研發(fā)的磁珠法DNA提取試劑盒（GM提取試劑盒），完成eDNA提取，用于后續(xù)的文庫構(gòu)建和高通量測序。

研究人員首先對GM提取試劑盒在eDNA的完整性、濃度和總量方面的表現(xiàn)進(jìn)行了評估，并將其與市面上廣泛使用的進(jìn)口提取試劑盒——Qiagen和MP試劑盒進(jìn)行了對比分析。結(jié)果表明：GM提取試劑盒提取的eDNA在完整性方面與MP和Qiagen試劑盒相比并無顯著差異(表2)，同時在eDNA濃度和總量上也展現(xiàn)出與Qiagen試劑盒相媲美的水平，顯著優(yōu)于MP試劑盒(圖2)。具體而言，從相同直徑的濾膜中提取eDNA的實(shí)驗(yàn)中，GM、MP和Qiagen試劑盒分別得到的總eDNA產(chǎn)量為9.56 μg、7.66 μg和19.48 μg（表2）。

表2 三種試劑盒提取的eDNA質(zhì)量的比較

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注：GM組的四個樣本分別來自于四張直徑100 mm的濾膜；MP組的四個樣本均源自同一張直徑100 mm的濾膜（每個樣本對應(yīng)濾膜的一個四分之一扇形區(qū)域）；Qiagen組與MP組類似。

真空抽濾是eDNA采集中的一項(xiàng)常用技術(shù)。研究人員對GM eDNA富集儀（GM組）和傳統(tǒng)真空抽濾技術(shù)（VF組）進(jìn)行了比較研究，以評估它們在過濾效率和所得eDNA樣本的生物多樣性方面的性能。在eDNA采集效率的對比研究中，研究人員對GM eDNA富集儀和真空抽濾技術(shù)在過濾2 L水樣所需時間進(jìn)行了測量，分別是27.61±2.67 min和644.02±39.74 min, GM eDNA富集儀優(yōu)勢顯著。

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隨后，研究人員對兩種過濾方法所得的eDNA樣本進(jìn)行了宏基因組測序（metagenome），以獲得物種注釋信息的差異。同時，使用12S宏條形碼測序（metabarcoding）對樣本的OTU數(shù)量、α多樣性和β多樣性進(jìn)行了比較分析。通過Kraken 2數(shù)據(jù)庫對測序結(jié)果進(jìn)行物種注釋，以評估兩種方法在物種調(diào)查和生物多樣性評估方面的潛在影響。研究結(jié)果顯示，VF組和GM組獲得的物種注釋信息及相對豐度具有高度的一致性（圖4）。此外，通過12S測序得到的OTU數(shù)量在兩組間也基本相同，α多樣性和β多樣性指標(biāo)差異均不顯著（圖5）。

1.?GM eDNA富集儀小巧便攜，操作簡單，電池續(xù)航持久，且適配eDNA研究常用的小孔徑濾膜，可以在10分鐘內(nèi)完成高達(dá)10 L水樣的快速過濾，顯著提升了eDNA采集的效率；

2.?在eDNA的完整性、濃度和總量方面，GM提取試劑盒可以媲美市面常見的進(jìn)口eDNA提取試劑盒，且獲得高度一致的宏基因組物種注釋結(jié)果；

3.?與傳統(tǒng)的真空抽濾相比，GM eDNA富集儀的過濾時間大幅縮短，并且獲得與真空抽濾樣本高度一致的宏基因組物種注釋及12S 宏條形碼測序結(jié)果，證實(shí)了GM?eDNA富集儀在eDNA采集效率和樣本質(zhì)量上的優(yōu)勢。

Liu Y, Wu P, Feng J, et al. Water filter: A rapid water environmental DNA collector in the field[J]. Frontiers in Environmental Science, 12: 1415338.