近日，真邁生物(wù)聯合深圳市環境科學研究院在Frontiers in Environmental Science上發表題爲“Water filter: A rapid water environmental DNA collector in the field”的(de)科研成果，系統描述了(le)一款新型便攜式eDNA富集儀——GM dual-channel water filter（以下(xià)簡稱爲GM eDNA富集儀）的(de)基本組成及工作流程，并提供了(le)一系列基準測試的(de)比較。

該eDNA富集儀可(kě)用(yòng)于野外大(dà)體積水(shuǐ)樣的(de)快(kuài)速過濾（使用(yòng)0.22 μm過濾膜，實現10分(fēn)鐘(zhōng)内完成10升水(shuǐ)的(de)過濾），并配備一套适用(yòng)于大(dà)型濾膜(ø100 mm)的(de)DNA提取試劑盒（GM Water Filter DNA Extraction Kit，以下(xià)簡稱爲GM提取試劑盒），在野外水(shuǐ)樣采集和(hé)生物(wù)多(duō)樣性監測領域具有顯著優勢：

1.有效減少過濾時(shí)間，顯著提升采樣效率，爲快(kuài)速響應野外作業需求提供了(le)保障；

2.減少了(le)對(duì)大(dà)體積水(shuǐ)樣運輸的(de)依賴，避免了(le)長(cháng)途運輸可(kě)能對(duì)樣本造成的(de)污染和(hé)降解風險；

3.保護eDNA完整性，快(kuài)速過濾最大(dà)限度地減緩了(le)eDNA的(de)降解，确保了(le)eDNA分(fēn)子的(de)完整性，爲後續的(de)物(wù)種注釋和(hé)生物(wù)監測提供了(le)可(kě)靠的(de)基礎。

這(zhè)項創新簡化(huà)了(le)大(dà)體積水(shuǐ)樣eDNA收集的(de)流程，爲生物(wù)多(duō)樣性監測和(hé)物(wù)種保護工作提供了(le)有力的(de)技術支持。

環境DNA（Environmental DNA，eDNA）是生物(wù)與環境相互作用(yòng)時(shí)留下(xià)的(de)微量DNA，可(kě)以從各種環境樣品(土壤、沉積物(wù)和(hé)水(shuǐ)體等)中獲取。水(shuǐ)生生态系統是人(rén)類賴以生存和(hé)發展的(de)重要自然資源之一。通(tōng)過直接提取水(shuǐ)環境中的(de)DNA片段，然後利用(yòng)高(gāo)通(tōng)量測序技術進行生物(wù)物(wù)種的(de)定性或定量分(fēn)析，已經成爲一種新的(de)水(shuǐ)生生物(wù)調查方法，在生物(wù)入侵的(de)防治、瀕危物(wù)種的(de)保護、生物(wù)多(duō)樣性的(de)調查以及生物(wù)量的(de)評估等方面具有廣泛應用(yòng)。

水(shuǐ)環境eDNA分(fēn)析通(tōng)常需要将水(shuǐ)樣過濾，使eDNA被截留在濾膜上，并通(tōng)過保存濾膜實現eDNA的(de)采集。采樣體積通(tōng)常在15 ml至10 L之間，1-2 L的(de)采樣量最常見。對(duì)于稀有物(wù)種，需要增加采樣體積以提升eDNA的(de)濃度。因此，能夠在野外迅速完成大(dà)體積水(shuǐ)樣的(de)過濾對(duì)于後續eDNA提取和(hé)測序工作都至關重要，有助于确保eDNA的(de)完整性和(hé)測序的(de)質量。已報道的(de)背負式eDNA采樣設備Smith-Root ANDe™ system，流速阈值爲1.0 L/min，雖提高(gāo)了(le)采樣速度，并将eDNA的(de)污染風險降至最低。然而，該系統适配的(de)濾膜孔徑爲1 µm和(hé)5 µm，不是通(tōng)常eDNA研究中使用(yòng)的(de)小孔徑濾膜(0.22或0.45 µm)。另外一款已報道的(de)便攜式水(shuǐ)生eDNA過濾系統包含一個(gè)便攜式泵，可(kě)适配0.22 µm或0.45 µm Sterivex過濾器，無阻礙過濾速率分(fēn)别爲150.05±7.01 mL/min和(hé)151.70±6.72 mL/min。顯而易見，對(duì)于大(dà)體積水(shuǐ)樣的(de)野外過濾來(lái)說，這(zhè)個(gè)速率仍然很慢(màn)。

GM eDNA富集儀是一款創新的(de)eDNA采樣設備，設計小巧便攜，适合野外作業。配備9000 mA的(de)高(gāo)容量锂電池，可(kě)支持雙通(tōng)道同時(shí)運行5小時(shí)，适配0.22 µm或0.45 µm孔徑的(de)濾膜，并提供高(gāo)達1 L/min的(de)過濾速率，實現10分(fēn)鐘(zhōng)之内完成10 L水(shuǐ)體的(de)過濾，滿足野外eDNA的(de)高(gāo)效富集需求。

本設備由電池、開關、蠕動泵、過濾裝置、連接管路、計時(shí)器、壓力監控裝置、進水(shuǐ)口、出水(shuǐ)口、濾闆等組成（圖1）。主要技術參數如下(xià)：

此外，進水(shuǐ)管配備了(le)一個(gè)桶狀濾網（120目）和(hé)一個(gè)蝶形過濾器（孔徑10 µm），可(kě)用(yòng)于渾濁水(shuǐ)體的(de)預過濾。

本設備用(yòng)戶界面直觀，操作步驟簡單，有些實驗人(rén)員(yuán)甚至無需閱讀說明(míng)書(shū)即可(kě)使用(yòng)。基本流程如下(xià)：安裝前置預過濾器→連接管路→潤洗/消毒→放置濾膜，啓動過濾→收集/保存濾膜→清洗管路。在獲得(de)含eDNA的(de)濾膜（直徑100 mm）後，使用(yòng)真邁生物(wù)團隊配套研發的(de)磁珠法DNA提取試劑盒（GM提取試劑盒），完成eDNA提取，用(yòng)于後續的(de)文庫構建和(hé)高(gāo)通(tōng)量測序。

研究人(rén)員(yuán)首先對(duì)GM提取試劑盒在eDNA的(de)完整性、濃度和(hé)總量方面的(de)表現進行了(le)評估，并将其與市面上廣泛使用(yòng)的(de)進口提取試劑盒——Qiagen和(hé)MP試劑盒進行了(le)對(duì)比分(fēn)析。結果表明(míng)：GM提取試劑盒提取的(de)eDNA在完整性方面與MP和(hé)Qiagen試劑盒相比并無顯著差異(表2)，同時(shí)在eDNA濃度和(hé)總量上也(yě)展現出與Qiagen試劑盒相媲美(měi)的(de)水(shuǐ)平，顯著優于MP試劑盒(圖2)。具體而言，從相同直徑的(de)濾膜中提取eDNA的(de)實驗中，GM、MP和(hé)Qiagen試劑盒分(fēn)别得(de)到的(de)總eDNA産量爲9.56 µg、7.66 µg和(hé)19.48 µg（表2）。

表2 三種試劑盒提取的(de)eDNA質量的(de)比較

注：GM組的(de)四個(gè)樣本分(fēn)别來(lái)自于四張直徑100 mm的(de)濾膜；MP組的(de)四個(gè)樣本均源自同一張直徑100 mm的(de)濾膜（每個(gè)樣本對(duì)應濾膜的(de)一個(gè)四分(fēn)之一扇形區(qū)域）；Qiagen組與MP組類似。

真空抽濾是eDNA采集中的(de)一項常用(yòng)技術。研究人(rén)員(yuán)對(duì)GM eDNA富集儀（GM組）和(hé)傳統真空抽濾技術（VF組）進行了(le)比較研究，以評估它們在過濾效率和(hé)所得(de)eDNA樣本的(de)生物(wù)多(duō)樣性方面的(de)性能。在eDNA采集效率的(de)對(duì)比研究中，研究人(rén)員(yuán)對(duì)GM eDNA富集儀和(hé)真空抽濾技術在過濾2 L水(shuǐ)樣所需時(shí)間進行了(le)測量，分(fēn)别是27.61±2.67 min和(hé)644.02±39.74 min, GM eDNA富集儀優勢顯著。

随後，研究人(rén)員(yuán)對(duì)兩種過濾方法所得(de)的(de)eDNA樣本進行了(le)宏基因組測序（metagenome），以獲得(de)物(wù)種注釋信息的(de)差異。同時(shí)，使用(yòng)12S宏條形碼測序（metabarcoding）對(duì)樣本的(de)OTU數量、α多(duō)樣性和(hé)β多(duō)樣性進行了(le)比較分(fēn)析。通(tōng)過Kraken 2數據庫對(duì)測序結果進行物(wù)種注釋，以評估兩種方法在物(wù)種調查和(hé)生物(wù)多(duō)樣性評估方面的(de)潛在影(yǐng)響。研究結果顯示，VF組和(hé)GM組獲得(de)的(de)物(wù)種注釋信息及相對(duì)豐度具有高(gāo)度的(de)一緻性（圖4）。此外，通(tōng)過12S測序得(de)到的(de)OTU數量在兩組間也(yě)基本相同，α多(duō)樣性和(hé)β多(duō)樣性指标差異均不顯著（圖5）。

1. GM eDNA富集儀小巧便攜，操作簡單，電池續航持久，且适配eDNA研究常用(yòng)的(de)小孔徑濾膜，可(kě)以在10分(fēn)鐘(zhōng)内完成高(gāo)達10 L水(shuǐ)樣的(de)快(kuài)速過濾，顯著提升了(le)eDNA采集的(de)效率；

2. 在eDNA的(de)完整性、濃度和(hé)總量方面，GM提取試劑盒可(kě)以媲美(měi)市面常見的(de)進口eDNA提取試劑盒，且獲得(de)高(gāo)度一緻的(de)宏基因組物(wù)種注釋結果；

3. 與傳統的(de)真空抽濾相比，GM eDNA富集儀的(de)過濾時(shí)間大(dà)幅縮短，并且獲得(de)與真空抽濾樣本高(gāo)度一緻的(de)宏基因組物(wù)種注釋及12S 宏條形碼測序結果，證實了(le)GM eDNA富集儀在eDNA采集效率和(hé)樣本質量上的(de)優勢。

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.