國家基因庫研發線粒體基因組重要新應用

　　繼啟動萬種動物線粒體基因組計劃（MT10K, https://www.mt10k.org）之后，深圳國家基因庫成功研發出一套應用線粒體基因組監測生物多樣性的宏線粒體基因組重測序方法（mitochondrial metagenomics，以下簡稱“全線粒體混合多樣性分析法”）。此方法高效、準確且可反復驗證，并成功應用于英國農場的野生蜂多樣性及其生物量的監測項目。相關研究成果于2015年7月6日在著名生態學期刊《Methods in Ecology and Evolution》上發表。

　　一直以來，野生傳粉昆蟲不僅是維持生物多樣性的重要角色，更是保證農產品產量的大自然主角。但棲息地的破壞、農藥的使用、氣候的變化和疾病等因素使得它們難以生存，野生蜂數量大大減少，許多敏感性物種滅絕，直接影響了農業生產。這些情況引起了生態學家及各國政府的高度重視。去年，美國政府專門為保護蜜蜂宣布了一項拯救計劃，英國也頒布了國家傳粉蜜蜂和其他傳粉媒介保護戰略，計劃開展大規模傳粉媒介長期監測項目。但使用顯微鏡逐個開展形態學鑒定的傳統方法所需要的工作量和分類學經驗將使之成為不可能完成的任務。

　　為了高效、準確、大規模地監測傳粉媒介，中科院昆明動物研究所博士生導師、英國東安格利亞大學(The University of East Anglia, UEA)教授Douglas Yu找到了國家基因庫的科研團隊。該科研團隊在2013年成功研發了無需PCR擴增的生物多樣性監測方法(Zhou et al. 2013)，避免了PCR引入的偏向性和錯誤。在意識到線粒體基因組的應用價值——線粒體基因組參考數據庫的全面建立將為生態學研究、系統發育學以及進化研究提供重要的支持后，他們成功研發出低成本且高效的線粒體基因組獲取方法(Tang et al. 2014)，迅速推動MT10K項目的開展，與此同時，也一直致力于研發和推動線粒體基因組在生物多樣性調查中的應用。此次，國家基因庫首次將最新的一套基于二代測序結合信息分析的流程應用到英國雷丁大學（University of Reading）研究團隊采集的傳粉蜜蜂樣本調查，結果證明全線粒體混合多樣性分析法高效準確。這一方法顛覆了傳統生物調查方法耗時、耗力和準確度不高的現狀，比傳統的形態學鑒定方法及近年來廣泛應用的DNA宏條形碼技術（metabarcoding）更高效、準確且可反復驗證。該方法在英國傳粉蜜蜂監測項目上的成功應用翻開了全新多樣性研究方法的篇章，并將使備受關注的傳粉媒介監測和保護項目大大受益于該高通量流程。

　　全線粒體混合多樣性分析法流程包括目標線粒體基因組參考數據庫的建立和環境樣本的數據比對兩部分，簡單、快速且可重復性高。目標線粒體參考數據庫的建立一次性完成，卻可被無限次利用，可用于長期監測；環境樣本無需逐個個體處理，直接對混合的“蜜蜂湯”提取DNA之后進行無PCR測序，所得二代測序短序列直接比對參考數據庫即可，有利于大規模樣本處理。在發表的文章中，科學家們同時采用了形態學鑒定方法和DNA宏條形碼監測方法，而該方法在效率和準確率上均有明顯優勢。更重要的是，除了生物組成信息，物種的豐度信息也可以獲取，進而便于監測各個物種群落的實時動態，以結合農藥使用情況等不同環境因素指導應用恰當的保護措施。因此，全線粒體混合多樣性分析法的應用可能成為多樣性調查和保護的新的重要方法，同時，這一重要應用也說明了構建完善線粒體基因組數據庫的必要性。

　　原文鏈接：

　　Tang, M., Hardman, C. J., Ji, Y., Meng, G., Liu, S., Tan, M., Yang, S., Moss, E. D., Wang, J., Yang, C., Bruce, C., Nevard, T., Potts, S. G., Zhou, X. & Yu, D. W.. 2015. High-throughput monitoring of wild bee diversity and abundance via mitogenomics. Methods in Ecology and Evolution

　　Zhou, X., Li, Y., Liu, S., Yang, Q., Su, X., Zhou, L., Tang, M., Fu, R., Li, J. & Huang, Q. (2013). Ultra-deep sequencing enables high-fidelity recovery of biodiversity for bulk arthropod samples without PCR amplification. GigaScience, 2, 4.

　　Tang, M., Tan, M., Meng, G., Yang, S., Su, X., Liu, S., Song, W., Li, Y., Wu, Q., Zhang, A. & Zhou, X. (2014). Multiplex sequencing of pooled mitochondrial genomes-a crucial step toward biodiversity analysis using mito-metagenomics. Nucleic Acids Research, 42, e166–e166.