eDNA技術(shù)是通過提取水、底泥等環(huán)境樣本中生物留下的“基因痕跡”，與標(biāo)準(zhǔn)DNA序列比對，精準(zhǔn)識別物種的“黑科技”。這塊芯片怎樣“摸底”長江水生生物的DNA？又會如何改變環(huán)境保護(hù)工作？帶著這些問題，科技日報記者3月16日采訪了相關(guān)專家。

擁有環(huán)境監(jiān)測“超能力”

“水生生物種類多、分布廣，對環(huán)境變化敏感，監(jiān)測水生生物能夠綜合反映水生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，為水污染防治和生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)?！焙笔∩鷳B(tài)環(huán)境監(jiān)測中心站副站長、正高級工程師劉真貞告訴記者，傳統(tǒng)的水生生物調(diào)查方法主要依靠人工觀察、拖網(wǎng)捕撈和形態(tài)學(xué)鑒定等，時間和人力成本較高。

“如果能對水生生物釋放到環(huán)境中的樣本（包括皮膚、代謝細(xì)胞、分泌物甚至腐爛體等）開展DNA測序，就能達(dá)到物種監(jiān)測的目的。”劉真貞說，黃潤秋部長展示的芯片應(yīng)用于基因測序設(shè)備中，能從采集到的環(huán)境樣本中快速、準(zhǔn)確地識別出生物物種。

這塊芯片由華大智造自主研發(fā)，搭載在G99基因測序儀上使用。華大智造多組學(xué)研發(fā)中心副總監(jiān)王逸叢告訴記者，為了加強eDNA技術(shù)在水生生物監(jiān)測中的“超能力”，華大與中國科學(xué)院水生生物研究所聯(lián)合湖北省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心站，在武漢東湖6個位點篩選出適用于東湖魚類多樣性監(jiān)測的遺傳標(biāo)記，共檢測到隸屬于16個科、36個屬的51種魚類，為eDNA宏條形碼測序技術(shù)應(yīng)用于東湖魚類多樣性監(jiān)測和研究奠定了基礎(chǔ)。

實現(xiàn)“一捧水知魚種”

“生物體釋放到環(huán)境中的生物信息非常痕量，eDNA測序技術(shù)近年來持續(xù)發(fā)展，已具備較高的檢測精準(zhǔn)度與可靠的參考價值?！焙笔∩鷳B(tài)環(huán)境監(jiān)測中心站吳冬晴博士介紹，在實際工作時，環(huán)境監(jiān)測人員只需采集不同點位的“一捧水”樣本，就可以在基因測序分析系統(tǒng)中獲得水生生物的檢測結(jié)果。

“為了實現(xiàn)精準(zhǔn)監(jiān)測，華大智造將納米球、探針錨定聚合測序等自主核心技術(shù)集成進(jìn)芯片和設(shè)備中，能夠?qū)Φ唾|(zhì)量、低濃度DNA進(jìn)行序列讀取，有效助力復(fù)雜生物群落結(jié)構(gòu)解析和珍稀物種及外來入侵物種監(jiān)測?！蓖跻輩步榻B，核心技術(shù)的應(yīng)用讓測序芯片具備捕捉目標(biāo)基因組信息的“敏感神經(jīng)”，且能有效過濾環(huán)境中的污染物質(zhì)和干擾信息。

“我們還與科研團隊一起構(gòu)建了DNA條形碼參考數(shù)據(jù)庫，為物種高效搜尋起到‘索引’作用?！蓖跻輩步榻B，條形碼通過將較短的DNA序列作為物種快速鑒定的標(biāo)記，建立起DNA序列和生物物種間一一對應(yīng)的關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)“一捧水知魚種”的目標(biāo)。

水環(huán)境保護(hù)的“無聲哨兵”

“傳統(tǒng)物種調(diào)查方法易對生物造成驚擾，難以精準(zhǔn)掌握珍稀物種的種群動態(tài)。而eDNA技術(shù)為環(huán)境保護(hù)增添了一位‘無聲哨兵’。”吳冬晴說，在不直接接觸的情況下，通過對江豚、胭脂魚等珍稀物種殘留的微量DNA進(jìn)行定性甚至定量分析，研究人員能監(jiān)測到它們的分布范圍及種群相對豐度的動態(tài)變化，實現(xiàn)“默默”守護(hù)。

“針對食蚊魚、福壽螺等入侵物種，我們也能夠通過測序信息，精準(zhǔn)追蹤其群落擴張趨勢，及早預(yù)警、提前布防，筑牢河流生態(tài)安全屏障?！眳嵌缯f。

為精準(zhǔn)識別物種，提升追蹤保護(hù)珍稀瀕危物種、監(jiān)測外來物種入侵的質(zhì)量和效率，華大智造基于G99基因測序儀研制了一整套自動化樣本制備系統(tǒng)與分析軟件，幫助生態(tài)環(huán)境監(jiān)測人員實現(xiàn)從水樣到分析報告的全流程一站式監(jiān)測，提供可靠數(shù)據(jù)。王逸叢介紹，相關(guān)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于湖北、浙江、陜西、廣東等地的江湖魚類監(jiān)測、浮游生物分析、沙漠土壤微生物監(jiān)測等多個場景。

“在水面之上，基因測序芯片賦能的新技術(shù)同樣令人期待。從環(huán)境中的微量遺傳物質(zhì)中，我們還可捕捉候鳥經(jīng)停的生態(tài)印記，反演其遷徙路徑與活動范圍，為傳統(tǒng)觀測手段難以覆蓋的環(huán)節(jié)提供全新視角?！眳嵌缯f，隨著環(huán)境監(jiān)測邁入數(shù)字化、信息化、智能化階段，人們將能夠通過更精確、更高效和更經(jīng)濟的新技術(shù)更好地理解和保護(hù)自然。（記者張佳星）

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