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基于環(huán)境DNA的生物多樣性研究和監(jiān)測(cè) 版權(quán)信息
- ISBN：9787030739438
- 條形碼：9787030739438 ; 978-7-03-073943-8
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊(cè)數(shù)：暫無(wú)
- 重量：暫無(wú)
- 所屬分類：>
基于環(huán)境DNA的生物多樣性研究和監(jiān)測(cè) 內(nèi)容簡(jiǎn)介
本書詳細(xì)介紹了環(huán)境DNA（eDNA）的定義及重要研究意義，闡述并討論了"DNA宏條形碼技術(shù)"的主要研究方法，全面反映了研究者們對(duì)eDNA技術(shù)的觀點(diǎn)，從多個(gè)方面概括了科學(xué)界提出的多種不同研究意見，目的在于給全世界的研究者們總結(jié)出簡(jiǎn)便的研究方案。雖然這些研究方案在精準(zhǔn)性方面可能并不是很好的，但其實(shí)用性較強(qiáng)，在實(shí)際操作中可以用于大規(guī)模分析成百上千的環(huán)境樣本，實(shí)現(xiàn)高通量生物多樣性監(jiān)測(cè)，有效提高生物監(jiān)測(cè)的效率，降低生物監(jiān)測(cè)的時(shí)間成本和勞動(dòng)力成本。
基于環(huán)境DNA的生物多樣性研究和監(jiān)測(cè) 目錄
目錄
第1章 環(huán)境DNA概述 1
1.1 概念 1
1.2 eDNA分析簡(jiǎn)史 2
1.3 eDNA技術(shù)的難點(diǎn) 4
1.4 eDNA研究的工作流程及其主要方法 4
1.5 eDNA的應(yīng)用 6
第2章 DNA宏條形碼選擇和設(shè)計(jì) 8
2.1 選擇哪種DNA宏條形碼？ 8
2.2 理想DNA宏條形碼的特性 9
2.3 in silico引物設(shè)計(jì)和測(cè)試 11
2.3.1 必要前提 12
2.3.2 參考序列：ecoPrimers的說(shuō)明、篩選和格式設(shè)置 12
2.3.3 使用ecoPrimers進(jìn)行in silico引物設(shè)計(jì) 13
2.3.4 使用ecoPCR進(jìn)行in silico引物測(cè)試 16
2.4 DNA宏條形碼引物對(duì)案例 21
第3章 參考數(shù)據(jù)庫(kù) 26
3.1 從EMBL、GenBank和DDBJ中提取參考數(shù)據(jù)庫(kù) 26
3.1.1 下載EMBL的本地副本 27
3.1.2 識(shí)別與相關(guān)宏條形碼相對(duì)應(yīng)的序列 28
3.2 特異性標(biāo)記物的參考數(shù)據(jù)庫(kù) 29
3.2.1 核rRNA基因參考數(shù)據(jù)庫(kù) 29
3.2.2 真核生物特異性數(shù)據(jù)庫(kù) 30
3.3 構(gòu)建本地參考數(shù)據(jù)庫(kù) 31
3.3.1 基于PCR的本地參考數(shù)據(jù)庫(kù) 31
3.3.2 基于鳥槍法的本地參考數(shù)據(jù)庫(kù) 33
3.4 當(dāng)前的挑戰(zhàn)和未來(lái)的方向 34
第4章 采樣 35
4.1 eDNA的環(huán)境循環(huán) 35
4.1.1 狀態(tài)和來(lái)源 35
4.1.2 歸趨 36
4.1.3 遷移 37
4.2 采樣設(shè)計(jì) 38
4.2.1 聚焦合適的DNA 39
4.2.2 確定采樣方案 39
4.3 樣品保存 41
第5章 DNA提取 43
5.1 土壤樣品提取 44
5.2 沉積物樣品提取 48
5.3 凋落物樣品提取 48
5.4 糞便樣品提取 48
5.5 水樣提取 49
第6章 DNA的擴(kuò)增和多重?cái)U(kuò)增 50
6.1 PCR的原理 50
6.2 選擇哪種聚合酶？ 52
6.3 標(biāo)準(zhǔn)PCR反應(yīng) 54
6.4 質(zhì)控的重要性 55
6.4.1 提取中的陰性對(duì)照 55
6.4.2 PCR中的陰性對(duì)照 56
6.4.3 PCR中的陽(yáng)性對(duì)照 56
6.4.4 標(biāo)簽系統(tǒng)對(duì)照 56
6.4.5 內(nèi)參對(duì)照 57
6.5 PCR的優(yōu)化 57
6.6 如何降低污染風(fēng)險(xiǎn)？ 60
6.7 阻滯寡核苷酸以減少非目標(biāo)序列的擴(kuò)增 61
6.8 做多少個(gè)PCR重復(fù)？ 62
6.9 同一個(gè)PCR中若干個(gè)宏條形碼的多重?cái)U(kuò)增 63
6.10 在同一測(cè)序通道上多重?cái)U(kuò)增多個(gè)樣品 63
6.10.1 問(wèn)題概述 63
6.10.2 方案1：使用Illumina接頭的單步PCR 65
6.10.3 方案2：使用Illumina接頭的兩步PCR 66
6.10.4 方案3：帶有標(biāo)記引物的單步PCR 67
第7章 DNA測(cè)序 70
7.1 一、二、三代測(cè)序技術(shù)概述 70
7.2 Illumina技術(shù) 71
7.2.1 文庫(kù)制備 71
7.2.2 流動(dòng)槽、橋式PCR和簇 73
7.2.3 合成測(cè)序 73
7.2.4 序列讀長(zhǎng)的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 75
第8章 DNA宏條形碼數(shù)據(jù)分析 80
8.1 基礎(chǔ)序列處理和篩選 80
8.1.1 測(cè)序質(zhì)量 80
8.1.2 雙端讀長(zhǎng)配對(duì) 83
8.1.3 序列的分解使用 84
8.1.4 序列去重復(fù)化 85
8.1.5 序列初步篩選 85
8.2 序列分類 86
8.2.1 系統(tǒng)分類 87
8.2.2 無(wú)監(jiān)督分類方法 89
8.2.3 嵌合體識(shí)別 91
8.3 利用實(shí)驗(yàn)對(duì)照的優(yōu)勢(shì) 92
8.3.1 篩除潛在污染 92
8.3.2 去除功能障礙的PCR 95
8.4 生態(tài)學(xué)分析的一般考量 96
8.4.1 采樣嘗試及其代表性 97
8.4.2 處理不同測(cè)序深度的樣品 99
8.4.3 進(jìn)一步調(diào)整生態(tài)學(xué)模型以適應(yīng)宏條形碼 100
第9章 單物種檢測(cè) 102
9.1 定量PCR（qPCR）原理 103
9.1.1 通過(guò)熒光測(cè)量實(shí)時(shí)記錄擴(kuò)增子累積情況 103
9.1.2 典型擴(kuò)增曲線 103
9.1.3 使用Ct方法量化目標(biāo)序列 103
9.2 針對(duì)單物種的qPCR條形碼的設(shè)計(jì)和測(cè)試 104
9.2.1 特異性問(wèn)題 104
9.2.2 qPCR引物和探針 105
9.2.3 候選qPCR條形碼 105
9.3 其他實(shí)驗(yàn)考慮 106
9.3.1 與采樣、提取和PCR擴(kuò)增相關(guān)的一般問(wèn)題 106
9.3.2 特別關(guān)注污染和抑制 106
第10章 用于功能多樣性的環(huán)境DNA 107
10.1 DNA宏條形碼的功能多樣性 107
10.1.1 功能推理 107
10.1.2 以活躍種群為目標(biāo) 109
10.2 宏基因組學(xué)和宏轉(zhuǎn)錄組學(xué)：測(cè)序不僅僅是一個(gè)條形碼 111
10.2.1 一般的采樣限制 111
10.2.2 一般的分子約束 113
10.2.3 從序列到功能 114
第11 章一些早期的里程碑式研究 118
11.1 eDNA概念的提出以及關(guān)于微生物的初步結(jié)果 118
11.2 檢驗(yàn)宏基因組以探索eDNA攜帶的功能信息 119
11.3 從微生物擴(kuò)展到大型生物 120
第12章 淡水生態(tài)系統(tǒng) 123
12.1 淡水生態(tài)系統(tǒng)中eDNA的產(chǎn)生、持久性、遷移和可檢測(cè)性 123
12.1.1 產(chǎn)生 123
12.1.2 持久性 124
12.1.3 遷移/擴(kuò)散距離 124
12.1.4 可檢測(cè)性 125
12.2 大型無(wú)脊椎動(dòng)物 125
12.3 硅藻和微真核生物 126
12.4 水生植物 127
12.5 魚類、兩棲動(dòng)物和其他脊椎動(dòng)物 127
12.5.1 物種檢測(cè) 127
12.5.2 生物量估算 128
12.6 河流是否是生物多樣性信息的傳送帶？ 128
第13章 海洋環(huán)境 130
13.1 海洋生態(tài)系統(tǒng)中的環(huán)境DNA循環(huán)和遷移 130
13.2 海洋微生物多樣性 131
13.3 海洋大型生物的環(huán)境DNA 133
第14章 陸地生態(tài)系統(tǒng) 134
14.1 土壤eDNA的可檢測(cè)性、持久性和遷移性 134
14.2 植物群落特征 136
14.3 蚯蚓群落特征 137
14.4 細(xì)菌群落或宏基因組特征 138
14.5 多類群多樣性調(diào)查 140
第15章 古環(huán)境 142
15.1 湖泊沉積物 142
15.1.1 孢粉、大型化石和DNA復(fù)合條形碼 142
15.1.2 安特納湖的植物和哺乳動(dòng)物 143
15.1.3 北美地區(qū)“無(wú)冰走廊”中的生命力 145
15.2 永久凍土 145
15.2.1 永久凍土作為eDNA來(lái)源的概述 145
15.2.2 用于重建過(guò)去植物群落的凍土樣品大規(guī)模分析 146
15.3 考古中的貝冢材料 147
15.3.1 大量來(lái)自馬達(dá)加斯加的考古魚骨 147
15.3.2 用來(lái)自格陵蘭的貝冢材料評(píng)估過(guò)去人類的飲食 147
第16章 與宿主相關(guān)的微生物區(qū)系 149
16.1 DNA動(dòng)力學(xué) 149
16.2 早期基于分子技術(shù)的相關(guān)工作 149
16.3 共生體相關(guān)延伸工作 151
第17章 食性分析 153
17.1 一些開創(chuàng)性的食性研究 153
17.1.1 概念驗(yàn)證——使用下一代測(cè)序分析食草動(dòng)物的食性 153
17.1.2 比亞沃維耶扎森林保護(hù)行動(dòng)的效率評(píng)估 154
17.1.3 食肉動(dòng)物食性的表征或如何區(qū)分捕食者和獵物的eDNA 154
17.1.4 雜食性分析或?qū)⒍喾N食性整合到單種食性中 156
17.2 eDNA食性分析的方法學(xué)和實(shí)驗(yàn)特異性 157
17.2.1 eDNA來(lái)源 157
17.2.2 定量分析 159
17.2.3 作為現(xiàn)有生物多樣性樣品的飲食 162
17.2.4 食性分析存在的問(wèn)題 162
第18章 混合樣品分析 164
18.1 什么是混合樣品? 164
18.2 案例分析 164
18.2.1 用于生物多樣性監(jiān)測(cè)的昆蟲混合樣品 164
18.2.2 熱帶雨林線蟲多樣性 165
18.2.3 底棲生態(tài)系統(tǒng)中的海洋后生動(dòng)物多樣性 166
18.3 混合樣品的宏條形碼標(biāo)記物 166
18.4 替代方法 167
第19章 eDNA宏條形碼技術(shù)展望 169
19.1 基于PCR的方法 170
19.1.1 單標(biāo)記物方法 170
19.1.2 多重標(biāo)記物方法 170
19.2 基于鳥槍法的宏條形碼技術(shù) 170
19.2.1 未通過(guò)捕獲富集 171
19.2.2 通過(guò)捕獲富集 171
19.3 趨于更為標(biāo)準(zhǔn)化 172
19.3.1 為了跨研究間的合理比較 172
19.3.2 為了環(huán)境監(jiān)測(cè) 173
19.4 下一代參考數(shù)據(jù)庫(kù) 174
19.5 尚待研究的問(wèn)題 174
19.5.1 新的測(cè)序技術(shù)對(duì)eDNA分析有什么影響？ 174
19.5.2 是否會(huì)為DNA宏條形碼開發(fā)一些特定的存儲(chǔ)庫(kù)？ 175
19.5.3 宏條形碼是否提供定量結(jié)果？ 176
19.5.4 宏條形碼是否會(huì)完全融入生態(tài)學(xué)模型和理論？ 176
19.5.5 如何訓(xùn)練學(xué)生和管理人員有效地將這個(gè)工具整合到學(xué)術(shù)和業(yè)務(wù)化的生態(tài)研究與監(jiān)測(cè)中？ 177
附錄1 用于DNA宏條形碼的引物對(duì)示例 178
附錄2 8個(gè)核苷酸的384個(gè)標(biāo)簽，其之間至少有3個(gè)不同之處 244
附錄3 設(shè)計(jì)基于PCR的DNA宏條形碼實(shí)驗(yàn)的清單 247
參考文獻(xiàn) 249
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