DNA突破检测入侵鱼类遗传多样性

生态学家已经证明，物种进入其环境的遗传物质不仅可以揭示物种的存在，还可以揭示有关整个种群遗传学的广泛信息。

环境DNA（eDNA）的进步为保护濒危和脆弱物种以及管理破坏性入侵物种开辟了新的可能性。

“这一突破是从eDNA中学习越来越多的持续轨迹的一部分，这项新研究检测了物种内的遗传变异，”该研究的共同作者，康奈尔阿特金森可持续发展中心的弗朗西斯·J·迪萨尔沃主任大卫·洛奇说。“为了生物多样性保护的利益，我们越来越接近法医科学家每天在犯罪现场所做的工作。

在9月4日发表在《美国国家科学院院刊》上的这项新研究中，研究人员证明，他们的方法在整个五大湖和纽约手指湖的入侵圆虾虎鱼的现场采样中是成功的。

这项工作建立在两年前在卡尤加湖进行的一项试点研究的基础上，当时研究人员从圆形虾虎鱼和鱼栖息的水的eDNA样本中采集了组织样本。他们发现这两种方法提供了可比较的遗传信息。

这两项研究的第一作者是Kara Andres博士’22，他曾是洛奇实验室的研究生，现在是圣路易斯华盛顿大学的博士后研究员。她与共同作者洛奇（Lodge）和康奈尔·阿特金森（Cornell Atkinson）教员何塞·安德烈斯（Jose Andrés）以及康奈尔·阿特金森（Cornell Atkinson）教员兼高级研究员何塞·安德烈斯（Jose Andrés）共同撰写了这篇论文，后者共同指导康奈尔环境DNA和基因组学核心设施。

在大多数动物的细胞中，细胞核包含两个完整遗传密码的副本，但每个细胞包含100至1000个线粒体遗传密码的较小，剥离版本的副本。迄今为止，大多数关于eDNA的研究都集中在线粒体DNA上，因为它在环境样本中可能更丰富，Kara Andres说。虽然线粒体DNA在区分物种方面做得很好，但它提供的关于物种内变异的信息远少于核DNA。

“核基因组要大得多，而且物种内包含更多的变异，”卡拉安德烈斯说。“当我开始攻读博士学位时，我们不知道有人甚至试图在eDNA采样的背景下寻找核基因组中的变异 – 我们甚至不知道这是否可能。

在他们的五大湖研究中，研究人员发现他们的eDNA采样方法可用于检测核遗传变异，从而可以分析物种内的遗传多样性和变异。这些信息对自然资源管理者很有用，因为它可以帮助他们追踪新的入侵种群的来源，并通过确定入侵物种的移动方式以及如何阻止它们来防止进一步入侵或最大限度地减少伤害。

这一突破还可以帮助科学家了解濒危物种的人口统计数据，而无需实际捕获已经稀有和脆弱的动物。卡拉·安德烈斯说，经历种群下降的物种可能会遭受遗传多样性的丧失，eDNA可能允许研究人员更早地发现这些下降。

“当应用于水生eDNA样本时，这是释放基因组学技术全部潜力的重要一步，”Jose Andrés说。“在不久的将来，我预计这项技术将使我们能够研究难以捉摸的物种的状况和健康状况。我相信这具有深远的影响，特别是在海洋环境中。

这项研究得到了美国国防部、国家海洋和大气管理局、国家科学基金会和康奈尔·阿特金森的支持。

Krisy Gashler是康奈尔阿特金森可持续发展中心的自由撰稿人。