作者：杨军，张效伟，金小伟等

期刊：DiversityandDistribution

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物种时空分布的研究对于局域、区域和全球范围内的生态保护和环境管理至关重要。对单细胞原生动物或较大的动物和植物进行基于形态学的传统调查都很耗时，而且对人的专业知识要求极高。最近，人们对环境DNA（eDNA）片段的检测产生了相当大的兴趣，以便在不同的环境中进行物种识别和监测，包括土壤、沉积物、水、雪或空气。eDNA分析可用于检测常见、濒危、入侵或稀有物种，并为阐明生态和进化过程的机理提供有力的工具。在过去的几十年里，eDNA宏条形码被越来越多地用于从种群到群落水平、现在和过去不同尺度和维度的生物多样性研究，基于eDNA的调查已经彻底改变了生态学和生物多样性科学的研究，尤其是在水生生态系统。

各种人类活动的显著增加已经导致所有类型的生态系统出现多种相互作用的环境压力源。这些压力因素，包括全球气候变化、入侵物种、化学污染和栖息地丧失，都不同程度的导致了生物多样性危机，并威胁到人类的可持续发展和生态系统的健康。全面的生物多样性评估和保护管理是解决人类世界中这些重大挑战的先决条件。事实上，有效的生物多样性评估和保护管理需要深入了解生物的地理分布和它们在生态系统过程和服务中的各自作用。然而，研究人员和保护管理者在回答局域、区域和全球范围内的这些基本和应用研究问题时遇到了许多障碍。

这个特刊--基于环境DNA的生物多样性评估和保护--的目的是提供一些研究，突出基于eDNA的研究在海洋和淡水生态系统中的生物多样性评估和保护管理的效用和多样性。这期特刊包括12篇促进我们对eDNA认识的文章。这些研究共同提供了令人信服的证据，证明基于eDNA的调查在人类世的水生生态系统中的成功应用。

这12篇文章大致分类两类：

其中六篇论文集中在环境DNA的不同技术方面，包括采样、序列参考库和DNA标记基因。采样和DNA提取是环境DNA分析的关键步骤。Curtis等人()调查了水流对eDNA浓度的作用，以及随后对溪流中入侵淡水蛤蜊(Corbiculafluminea)的可检测性的影响。他们的结果表明，较高的水流降低了eDNA浓度，在目标生物在秋季非常普遍的地方，河流洪水增加了假阴性率（即未检测到）。这些结果还强调了eDNA在环境管理和保护方面的应用对莲花生态系统中的非生物和生物环境采样高度敏感。Wang等人()比较了基于踢网的经典样品和水样之间的eDNA宏条形码结果。有趣的是，他们发现基于水的eDNA采样比基于踢网-乙醇的采样表现出更多的精确序列变异（ESVs）（2,vs.2,），但宏观无脊椎动物ESVs较少（vs.）。此外，与基于水体eDNA的宏条形码相比，基于踢网的条形码结果与形态学鉴定更一致（24.24%vs.17.63%）。

可靠的DNA条形码参考库对于基于eDNA的准确的物种鉴定和生物多样性监测至关重要。Lin等人（年）分析了Tanytarsus非咬合式蠓的个个体的细胞色素c氧化酶子单元1（COI）DNA条形码，代表56个形态种，包括中国的7个隐性物种。在另一篇文章中，Marques等人（年）开发了一个用户友好的网络界面（即GAPeDNA），根据不同空间和保护状态的宏条形码引物对，提供了一个特定鱼类分类群的遗传数据库完整性的全球概览。这个工具很灵活，可以在有数据时扩展到其他分类群和引物。Vieira等人（年）评估了DNA序列的可用性差距，包括细胞色素c氧化酶亚单位I（COI）和18SrRNA（18S）基因序列，以及它们对栖息在Macaronesia浅海生境的大型无脊椎动物的准确性。他们证明了参考DNA序列库仍然是高度不完整的，非本地物种比本地物种有更高的序列完成度，并且本地形态物种有很高比例的隐藏或隐性多样性。超过三分之一的物种出现了不一致的记录，其中非本地物种的比例高于本地物种。这些结果表明，仔细汇编、验证和注释可用的序列是组装大型策划和可靠的参考库的根本，并由分类学专家进行严格的物种鉴定。

基于eDNA的方法在技术上越来越成熟，在许多情况下具有可接受的可靠性；然而，在方法开发和验证方面缺乏标准化的努力，这代表了eDNA应用的一个关键障碍。Xia等人()进行了一项meta分析，测试DNA标记基因的敏感性，发现大多数研究使用新设计的DNA标记基因，但研究人员没有报告标记基因的敏感性和对非本地或濒危物种的检测极限。重要的是，这些结果可以指导研究人员在不久的将来对基于环境DNA的研究进行实验设计选择。

via：GAPeDNA:AssessingandmappingglobalspeciesgapsingeneticdatabasesforeDNAmetabarcoding

另外六篇论文集中在生物多样性评估和保护管理方面。环境DNA宏条形码技术为保护和管理提供了宝贵的补充调查技术。一项研究表明，使用大量低容量（50毫升）样本、离心和单一基因（线粒体12S基因）的简单eDNA评估可以描述淡水湖泊和河流的大致的鱼类群落结构。尽管作者还建议，为了进行完整的多样性普查，可能需要额外的常规采样和环境DNA采样。Osathanunkul和Minamoto()使用基于eDNA的方法，对泰国的鳄鱼蝾螈进行定性和定量的追踪。他们发现Tylototritonuyenoi由于人为因素而严重下降，从而表明基于eDNA的方法可以帮助设计一个有效的保护计划。在澳大利亚西北部，West等人（年）应用线粒体16SrRNA和CO1基因的宏条形码来检测71个中层、近岸、沿海和近岸河口地点的骨鱼、麋鹿和水生爬虫。他们的eDNA宏条形码是一个高度敏感的检测工具，能够分辨出整个大尺度海洋区域的海洋鱼类的精细模式。

最近，随着测序技术的快速发展，基于DNA的实验已被常规用于研究各种生态系统中的微生物群落。基于高通量测序和anammox16SrRNA基因的qPCR，Liu等人（）在中国南海的好氧水柱中发现了多样化的anammox细菌，其中Ca.Brocadia是最主要的属。这一发现提高了我们对好氧海洋环境中厌氧菌群的分布和生存策略的认识。在另一项研究中，Wu等人（）调查了中国南海沿海的自由生活（FL）、纳米粒子相关（NA）和微粒子相关（MA）的细菌群落。他们发现扩增子序列变体（ASVs）的数量从FL、NA到MA群落增加，并且大多数核心ASVs是潜在的烃类细菌。有趣的是，同质选择在塑造FL群落时最为突出，其次是NA和MA群落，而随机过程则产生了相反的模式。

在过去的二十年里，带有"环境DNA"的出版物标题从年的3篇急剧增加到年的16篇，到年达到篇（WebofScience，截止年9月1日）。因此，本期特刊绝不是提供基于环境DNA（eDNA）的研究的全貌；相反，它可以作为一个窗口，展示基于环境DNA的生物多样性评估和保护管理的最新和全球发展。我们相信，在基于eDNA的研究领域，进一步的实质性进展是可以预见的，因为它们正在进入一个令人兴奋和迅速加速的时代。

环境DNA的方法，不再那么高的成本、海量大数据、监测方法客观性（统一性）等都是传统方法不具备，未来也不可能具备的。基于当前生物信息学的高速发展（这个速度是真的高），基于R语言和Python的数据处理、统计检验、可视化的方法已经简单到只需几行代码（你甚至不需要知道这代码是干嘛的），就能很快得到Nature、Science级别的结果呈现，而这一切都是开源免费的。相比传统的形态学检测，环境DNA的技术优势无疑是非常巨大的，成为环境监测、尤其是水生态环境监测的重要发展方向也是大势所趋。

问题也依然是非常明显的。上述文章中更多的是