华大基因研发出PCR-free metabarcoding新技术，助力生物多样性研究

　　

2013年3月27日，深圳华大基因研究院与生物医学中心（BioMed Central）联合创办的开放式期刊——《GigaScience》发布了一项新的生物多样性研究技术——PCR-free metabarcoding，该方法摆脱了传统研究中对PCR扩增的依赖，转而从匀浆的混合昆虫样本中提取DNA并直接使用高通量测序技术分析样本中的多样性组成。通过对混合样本的直接分析，研究人员将可以更加快速、更加经济地探究生物多样性，以及鉴定在特殊时间特殊地点所收集到的已知和未知物种的组成。这一新方法是一种更加精确、可定量的生物多样性分析技术，由来自华大基因研究院的周欣博士所领导的研究小组研发。此外，本研究还揭示了昆虫群落的多样性和空间异质性，并通过研究人员在研究院后山所收集到的两个小规模昆虫样本中得到证实。
   
DNA条形码（DNA barcode）是指生物体内具有物种特异性的标准DNA短片段，它具有显著的种间歧异度且易于扩增，因而已成为生物多样性和生态学研究中辅助物种鉴定的重要工具。DNA条形码技术以及已有的metabarcoding方法都必须要对目标DNA进行PCR扩增。这一扩增步骤会导致混合物种多样性分析中出现针对不同物种的偏向性。鉴于此，周欣及其同事发现了一种新的方法，可以摒弃DNA扩增，从而避免一系列人为引入的错误，使结果更加精确。除了评估物种组成，研究人员通过PCR-free metabarcoding 还可以推断每个物种中所存在的线粒体DNA总量，从而提供了一种全新的方法来评估每个物种的生物量乃至相对丰度，这些信息对生态学研究来说是至关重要的。
  
这项新技术保障了分析方法的一致性并加速了生物多样性分析的流程， 因此可以简化针对多样性时空变化的研究。加利福尼亚大学伯克利分校甘普南太平洋研究所负责人Neil Davies博士主要研究模式生态系统，他指出：“PCR-free metabarcoding可能会改变我们研究生态系统及生物多样性检测的方法。”
   
在利用从实验室后面山坡上采集到的昆虫物种对PCR-free metabarcoding技术进行测试时，研究人员发现了颇为令人意外的结果。 在两个距离相近的地点采集到昆虫样本不仅可以揭示当地的生物多样性，而且还可以检测到那些目前在网络数据库中所不存在的物种。这些发现说明我们对中国的昆虫多样性了解还很有限，而本项研究所研发的系统的高通量分析方法，将使研究人员有能力去检测全球任一角落的昆虫多样性状况。

周欣指出：“虽然两个采样点相距非常近，但是两者之间大约只有10%的昆虫种类是共享的。事实上，我们在研究中发现只有很少的昆虫DNA条形码序列与全球最大的DNA条形码参考数据库‘生命条形码数据系统’（Barcode of Life Data Systems）中的参考序列匹配，这说明至少从分子学角度来看，绝大多数的中国节肢动物仍然是一个未解之谜。”

结合新一代的高通量测序技术和信息分析方法，如今人们有能力检测和发现庞杂的生物多样性样本中的微小生物、肠道内被取食的物种以及被常规检验方法遗漏的部分样品。周欣指出：“从某种程度上来说，新一代测序技术对生物多样性研究的贡献就好比显微镜对微生物学的重要性。”

为了促进该技术的透明性及可用性，以及本着数据公开共享的原则，本研究中所涉及的所有数据、工具或流程都已经在GigaScience 数据库——GigaDB中以可引用的方式公开。原始数据可在SRA中查询（登录号码：SRA067357）。

参考文献及其他相关内容：

1. Zhou X; et al., Ultra-deep sequencing enables high-fidelity recovery of biodiversity for bulk arthropod samples without PCR amplification. GigaScience 2013 2:4
http://dx.doi.org/10.1186/2047-217X-2-4

2. Zhou, X; Li, Y; Liu, S; Yang, Q; Su, X; Zhou, L; Tang, M; Fu, R; Li, J (2013): NGS biodiversity data. GigaScience Database http://dx.doi.org/10.5524/100045

3. Zhou, X; Li, Y; Liu, S; Yang, Q; Su, X; Zhou, L; Tang, M; Fu, R; Li, J; Huang, Q (2013): NGS Biodiversity software. GigaScience Database http://dx.doi.org/10.5524/100046

4. 生命条形码（Barcode of Life） http://www.barcodeoflife.org