用于生物多样性研究和监测的环境DNA——Environmental DNA for biodiversity research and monitoring
作者：Pierre Taberlet, AURÉLIE BONIN, Lucie Zinger, Eric Coissac
出版社：Oxford university press
ISBN：978-0-19-876728-2
索书号：Q346/T113/2018/Y
藏书地点：武大外教中心
环境DNA（environmental DNA，eDNA）是指生物通过皮肤脱落、唾液、配子、粪便以及分泌物等方式向环境中释放的游离DNA。环境DNA具有敏感性、准确性以及容易操作等诸多优势，更能实时地反映物种多样性以及生物量等，近两三年受到了世界各地学者们的大量关注。
eDNA是指在环境样品中所有被发现的不同生物的基因组DNA的混合。eDNA的环境样品是一个非常宽松的概念，可以包括土壤、沉积物、排泄物、空气、水体，甚至生物个体本身(如马氏网捕获的昆虫)。动物在某个环境中生活，身上的各种痕迹会携带者自身DNA掉落到四周。
作为一项技术，分析eDNA的目的就是获取这些环境样品中DNA所属物种的分类学信息和基因功能信息。通俗一点，科学家提取环境样品中的eDNA，就是为了分析这些DNA分别是属于哪些物种，从而证实在相应环境中存在哪些物种。eDNA的目的，与传统的动植物分类调查其实是一致的。
第一类eDNA类似于对环境的生物多样性调查，方法是检测环境样品中尽可能多的DNA序列，与数据库比对分析它们所属的物种分类信息，最终鉴定在这个环境中生活的所有物种，这个方法又被称为DNA宏条形码(DNA metabarcoding)。在样品处理上，DNA宏条形码使用普通的聚合酶链式反应(PCR)或直接霰弹枪法(shotgun strategy)测序，这两个实验方法都比较成熟，能够方便获得多个DNA序列。
另一类eDNA技术类似于特定生物调查，目标是寻找在环境样本中是否有单一物种的DNA存在，通常用于研究和追踪珍稀物种在自然界的分布。它与第一类DNA宏条形码的区别在于它并不在意环境中属于其它物种的DNA，因此在样品处理上通常使用更精确的定量PCR(qPCR)技术，目标是找到极其少量的目标物种的DNA。
环境DNA metabarcoding（eDNA metabarcoding）是指利用环境样本（如土壤、水、粪便等）中分离的DNA进行高通量的多个物种（或高级分类单元）鉴定的方法。
环境DNA(environmental DNA, eDNA)的概念早在20世纪80年代末就已经被提出，最初仅应用于微生物研究领域，它是指从环境样品(如土壤、沉积物、空气、水体等)中提取的DNA，不对任何目标生物进行分离[1]。受该技术在微生物研究方面的启发，科学家们研究发现可以利用环境样品中包含的DNA进行物种鉴定及植食性动物的食性分析等方面的研究。
环境样品中通常含有动植物脱落的细胞或者是游离的DNA，生物排泄过程中脱落的皮肤，尿液和粪便等也可以是“环境DNA”的来源，并能提供一个环境系统中物种的存在记录。
使用传统采样方法开展生态学研究，一些物种的样本采集通常比较困难，并且耗时费力。环境DNA允许从土壤、水体或是空气中包含的动物毛发、脱落的细胞、粪便等进行非损伤性取样，从而成功进行遗传检测。相比传统的直接采样，该方法成本更低，样本采集受气候条件影响较小，可以进行更大数量的样本收集。环境DNA还可以用来分析那些很难通过传统方法监测的物种，比如那些需要经过相关部门许可才可以获得的濒危或珍稀物种。
DNA条形码作为物种快速鉴定和发现新物种的方法已得到广泛应用。对于不同类别生物的DNA条形码已确定了不同的扩增片段，例如：线粒体细胞色素C氧化酶I基因(COI)已经作为标准条形码广泛用于鉴定动物物种；核糖体16S rRNA常用于细菌的鉴定；而ITS基因则作为真菌的标准条形码用于物种鉴定。中国植物条形码工作组建议ITS基因(或ITS2)应作为种子植物的核心条形码之一。目前通常采用rbcL+matK+ITS基因组合作为植物的标准DNA条形码用于物种鉴定。
DNA条形码技术虽然发展前景广阔，但由于DNA易发生降解，所以对于保存年代久远的博物馆馆藏标本，要获得标准的DNA条形码序列比较困难。对于DNA降解的标本，相对而言，200bp左右的序列易于扩增。由此，DNA微型条形码(DNA minibarcode)的概念被提出，它是指长度为100—200 bp的DNA序列[18]。但在实际研究中，一方面，DNA易降解；另一方面，传统测序技术仅适用于小样品量的测序，当需要研究的混合样品包含上千个个体时，传统测序技术不能满足复杂的、大范围的样品测序。在第二代测序技术的发展和DNA条形码存在局限性的双重作用下，metabarcoding应运而生。Hajibabaei认为这两种技术的结合极大地推动了“DNA宏分类学(DNA metasystematics)”的发展。环境DNA metabarcoding是指利用宏条形码对环境样本(如土壤、水、粪便等)中分离的DNA进行扩增和高通量测序，从而达到同时对环境样本中多个物种(或高级分类单元)鉴定的目的。环境DNA metabarcoding克服传统物种鉴定方法耗时费力的缺点，以更高的效率和更低的成本极大地拓展DNA条形码在生态学中的应用。
环境DNA metabarcoding整合DNA条形码和高通量测序技术，通过提取环境样品中的DNA，并使用特异性引物进行PCR扩增，对扩增产物进行测序后得到的可操纵分类单元(operational taxonomic units，OTUs)进行物种鉴定。该技术最大的优势在于高通量、低成本并能快速地鉴定物种，最大的局限性在于PCR的偏向性，导致条形码的解析度和普适性及数据库的完善度水平较低。要实现metabarcoding技术高通量、准确、快速物种鉴定，最为关键的是构建完善的物种DNA条形码的标准数据库、物种信息库、信息共享和应用平台。
环境DNA metabarcoding扩大了生物多样性的研究范围，其快速、可重复及高效性的特点让更多的研究人员进行物种鉴定和生物多样性评估。在对混合样品(水流样品或土壤样品等)的生物多样性评估时，传统方法中所遇的问题都会迎刃而解。
环境DNA提取方法也有很多种，包括氯仿萃取法、细胞溶解的物理破碎法以及二氧化硅提取法。Dveiner等采集湖泊和河流水样，比较了6种不同的样本采集和DNA提取方法组合对水生态系统生物多样性监测的影响，结果表明不同的环境DNA采集和提取方法对DNA产量和高通量测序技术获得的序列数量有显著影响。
目前环境DNA metabarcoding在生态学中的应用主要包括以下几个方面：生物多样性研究、动物食性分析、外来入侵种分析、物种监测等方面。
《用于生物多样性研究和监测的环境DNA》一书是由Oxford university press出版社于2018年出版，作者是Pierre Taberlet, AURÉLIE BONIN, Lucie Zinger, Eric Coissac。
《用于生物多样性研究和监测的环境DNA》一书主要介绍了以下几方面的内容：环境DNA（eDNA）简介、DNA metabarcode的选择和设计、参考数据库、样品采集、DNA提取、DNA扩增和多路复用、DNA测序、DNA metabarcode数据分析、单种检测、功能多样性的环境DNA、一些早期的里程碑研究介绍、淡水生态系统、Marine环境、陆地生态系统、古环境、与之相关的微生物群、食性分析、批量样品分析、eDNA元编码的未来等。
《用于生物多样性研究和监测的环境DNA》一书观点新颖独特，内容全面充实，言简意赅，此外，还具有以下的特点：
1、本书文章由该领域一些杰出的专业人员撰写，使读者尽快掌握最新的研究进展及未来的研究方向。
2、本书文末，另附有专业用语及其注释，便于读者检索及学习。
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总之，《于生物多样性研究和监测的环境DNA》一书为想要了解环境DNA相关研究进展的人员提供了宝贵的参考资料，作为环境DNA相关领域的专业图书，是一本值得为想要涉足该领域的人员推荐的专业读物。
本书目录：
1.环境DNA（eDNA）简介
2.DNA metabarcode的选择和设计
3.参考数据库
4.样品采集
5.DNA提取
6.DNA扩增和多路复用
7.DNA测序
8.DNA metabarcode数据分析
9.单种检测
10.功能多样性的环境DNA
11.一些早期的里程碑研究
12.淡水生态系统
13.Marine环境
14陆地生态系统
15.古环境
16.与之相关的微生物群
17.食性分析
18.批量样品分析
19. eDNA元编码的未来