克日，壹定发生物团结深圳市情形科学研究院在Frontiers in Environmental Science上揭晓题为“Water filter: A rapid water?environmental DNA collector in the field”的科研效果，系统形貌了一款新型便携式eDNA富集仪——GM dual-channel water filter（以下简称为GM eDNA富集仪）的基本组成及事情流程，并提供了一系列基准测试的较量。
gaieDNA富集仪可用于野外概略积水样的快速过滤（使用0.22 μm过滤膜，实现10分钟内完成10升水的过滤），并配备一套适用于大型滤膜(?100 mm)的DNA提取试剂盒（GM Water Filter DNA Extraction Kit，以下简称为GM提取试剂盒），在野外水样收罗和生物多样性监测领域具有显著优势：
1.有用镌汰过滤时间，显著提升采样效率，为快速响应野外作业需求提供了保障；
2.镌汰了对概略积水样运输的依赖，阻止了远程运输可能对样本造成的污染和降解风险；
3.掩护eDNA完整性，快速过滤最大限度地减缓了eDNA的降解，确保了eDNA分子的完整性，为后续的物种注释和生物监测提供了可靠的基础。
这项创新简化了概略积水样eDNA网络的流程，为生物多样性监测和物种掩护事情提供了有力的手艺支持。
情形DNA（Environmental DNA，eDNA）是生物与情形相互作用时留下的微量DNA，可以从种种情形样品(土壤、沉积物和水体等)中获取。水生生态系统是人类赖以生涯和生长的主要自然资源之一。通过直接提取水情形中的DNA片断，然后使用高通量测序手艺举行生物物种的定性或定量剖析，已经成为一种新的水生生物视察要领，在生物入侵的防治、濒危物种的掩护、生物多样性的视察以及生物量的评估等方面具有普遍应用。
水情形eDNA剖析通常需要将水样过滤，使eDNA被截留在滤膜上，并通过生涯滤膜实现eDNA的收罗。采样体积通常在15?ml至10?L之间，1-2?L的采样量最常见。对于有数物种，需要zeng加采样体积以提升eDNA的浓度。因此，能够在野外迅速完成概略积水样的过滤对于后续eDNA提取和测序事情都至关主要，有助于确保eDNA的完整性和测序的质量。已报道的背负式eDNA采样装备Smith-Root ANDe? system，流速阈值为1.0 L/min，虽提高了采样速率，并将eDNA的污染风险降至最低。然而，gai系统适配的滤膜孔径为1 ?m和5 ?m，不是通常eDNA研究中使用的小孔径滤膜(0.22或0.45 ?m)。另外一款已报道的便携式水生eDNA过滤系统包罗一个便携式泵，可适配0.22 ?m或0.45 ?m?Sterivex过滤器，无阻碍过滤速率划分为150.05±7.01 mL/min和151.70±6.72 mL/min。显而易见，对于概略积水样的野外过滤来说，这个速率仍然很慢。
GM eDNA富集仪是一款创新的eDNA采样装备，设计小巧便携，适合野外作业。配备9000 mA的高容量锂电池，可支持双通道同时运行5小时，适配0.22??m或0.45 ?m孔径的滤膜，并提供高达1 L/min的过滤速率，实现10分钟之内完成10 L水体的过滤，知足野外eDNA的高效富集需求。
本装备由电池、开关、蠕动泵、过滤装置、毗连受路、计时器、压力监控装置、进水口、出水口、滤板等组成（图1）。主要手艺参数如下：
此外，进水管配备了一个桶状滤网（120目）和一个蝶形过滤器（孔径10??m），可用于污浊水体的预过滤。
本装备用户界面直观，操作步骤简朴，有些实验人yuan甚至无需阅读说明书即可使用。基本流程如下：安装前置预过滤器→毗连受路→润洗/消毒→放置滤膜，启动过滤→网络/生涯滤膜→洗濯管路。在获得含eDNA的滤膜（直径100 mm）后，使用壹定发生物团队配套研发的磁珠法DNA提取试剂盒（GM提取试剂盒），完成eDNA提取，用于后续的文库构建和高通量测序。
为深入明确浊度对过滤效率的影响，研究人yuan使用GM eDNA富集仪对10 L差异浊度的水体举行了系统性检测（表1），旨在展现浊度与过滤时间之间的相关性，并评估在何种浊度条件下GM eDNA富集仪过滤性能最优。效果批注：针对浊度低于8 NTU的静止水体，GM eDNA富集仪能在10分钟内完成10 L水体的过滤事情。然而，进一步的剖析发现，浊度与过滤时间之间的关系并非简朴的线性关系，一些其他因素，如颗粒物的巨细、形状和化学性子，都可能对过滤效率发生影响。
表1 GM?eDNA富集仪完成差异浊度的10 L水体过滤所需要时间
研究人yuan首先对GM提取试剂盒在eDNA的完整性、浓度和总量方面的体现举行了评估，并将其与市面上普遍使用的入口提取试剂盒——Qiagen和MP试剂盒举行了秠uan绕饰觥ＰЧ：GM提取试剂盒提取的eDNA在完整性方面与MP和Qiagen试剂盒相比并无显著差异(表2)，同时在eDNA浓度和总量上也展现出与Qiagen试剂盒相媲美的水平，显著优于MP试剂盒(图2)。详细而言，从相同直径的滤膜中提取eDNA的实验中，GM、MP和Qiagen试剂盒划分获得的总eDNA产量为9.56 ?g、7.66 ?g和19.48 ?g（表2）。
表2 三种试剂盒提取的eDNA质量的较量
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注：GM组的四个样天职别来自于四张直径100 mm的滤膜；MP组的四个样本均源自统一张直径100 mm的滤膜（每个样本对应滤膜的一个四分之一扇形区域）；Qiagen组与MP组类似。
图2?三种试剂盒提取的12例eDNA样本的琼脂糖凝胶电泳
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在对eDNA样本的完整性、浓度及总量举行起源评估之后，研究人yuan进一步对GM、MP和Qiagen三种试剂盒提取的12例eDNA样本举行了深入的宏基因组学剖析。使用壹定发生物FASTASeq 300平台举行高通量测序，并使用Kraken 2数据库举行物种注释（图3）。效果显示，在门（Phylum）分类水平上，三个试剂盒所得的物种注释效果具有高度的一致性。在属（Genus）分类水平上，各试剂盒的注释效果体现出一些细微的差异。这些差异可能源于试剂盒在DNA提取效率、纯度或物种笼罩度方面的细小差异，但总体在可接受规模内。
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图3?三种试剂盒提取的12例eDNA样本
真空抽滤是eDNA收罗中的一项常用手艺。研究人yuan对GM eDNA富集仪（GM组）和传统真空抽滤手艺（VF组）举行了较量研究，以评估它们在过滤效率和所得eDNA样本的生物多样性方面的性能。在eDNA收罗效率的秠uan妊芯恐，研究人yuan对GM eDNA富集仪和真空抽滤手艺在过滤2 L水样所需时间举行了丈量，划分是27.61±2.67 min和644.02±39.74 min, GM eDNA富集仪优势显著。
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随后，研究人yuan对两种过滤要领所得的eDNA样本举行了宏基因组测序（metagenome），以获得物种注释信息的差异。同时，使用12S宏条形码测序（metabarcoding）对样本的OTU数目、α多样性和β多样性举行了较量剖析。通过Kraken 2数据库对测序效果举行物种注释，以评估两种要领在物种视察和生物多样性评估方面的潜在影响。研究效果显示，VF组和GM组获得的物种注释信息及相对品貌具有高度的一致性（图4）。此外，通过12S测序获得的OTU数目在两组间也基内情同，α多样性和β多样性指标差异均不显著（图5）。
图4?两种过滤要领所得eDNA样本的宏基因组物种注释效果
图5?两种过滤要领所得eDNA样本的12S宏条形码测序效果
1.?GM eDNA富集仪小巧便携，操作简朴，电池续航持久，且适配eDNA研究常用的小孔径滤膜，可以在10分钟内完成高达10 L水样的快速过滤，显著提升了eDNA收罗的效率；
2.?在eDNA的完整性、浓度和总量方面，GM提取试剂盒可以媲美市面常见的入口eDNA提取试剂盒，且获得高度一致的宏基因组物种注释效果；
3.?与传统的真空抽滤相比，GM eDNA富集仪的过滤时间大幅缩短，而且获得与真空抽滤样本高度一致的宏基因组物种注释及12S 宏条形码测序效果，证实了GM?eDNA富集仪在eDNA收罗效率和样本质量上的优势。
衷心谢谢深圳市情形科学研究院、鄱阳湖水文水资源监测中央以及湖南省洞庭湖生态情形监测中央的研究团队。他们对GM eDNA富集仪的研发提供了名贵建媾和专业指导，对项目的顺遂推进和手艺创新施展了主要作用。
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.