近日，真迈生物(wù)联合深圳市环境科(kē)學(xué)研究院在Frontiers in Environmental Science上发表题為(wèi)“Water filter: A rapid water environmental DNA collector in the field”的科(kē)研成果，系统描述了一款新(xīn)型便携式eDNA富集仪——GM dual-channel water filter（以下简称為(wèi)GM eDNA富集仪）的基本组成及工(gōng)作(zuò)流程，并提供了一系列基准测试的比较。

该eDNA富集仪可(kě)用(yòng)于野外大體(tǐ)积水样的快速过滤（使用(yòng)0.22 μm过滤膜，实现10分(fēn)钟内完成10升水的过滤），并配备一套适用(yòng)于大型滤膜(ø100 mm)的DNA提取试剂盒（GM Water Filter DNA Extraction Kit，以下简称為(wèi)GM提取试剂盒），在野外水样采集和生物(wù)多(duō)样性监测领域具(jù)有(yǒu)显著优势：

1.有(yǒu)效减少过滤时间，显著提升采样效率，為(wèi)快速响应野外作(zuò)业需求提供了保障；

2.减少了对大體(tǐ)积水样运输的依赖，避免了長(cháng)途运输可(kě)能(néng)对样本造成的污染和降解风险；

3.保护eDNA完整性，快速过滤最大限度地减缓了eDNA的降解，确保了eDNA分(fēn)子的完整性，為(wèi)后续的物(wù)种注释和生物(wù)监测提供了可(kě)靠的基础。

这项创新(xīn)简化了大體(tǐ)积水样eDNA收集的流程，為(wèi)生物(wù)多(duō)样性监测和物(wù)种保护工(gōng)作(zuò)提供了有(yǒu)力的技(jì )术支持。

环境DNA（Environmental DNA，eDNA）是生物(wù)与环境相互作(zuò)用(yòng)时留下的微量DNA，可(kě)以从各种环境样品(土壤、沉积物(wù)和水體(tǐ)等)中(zhōng)获取。水生生态系统是人类赖以生存和发展的重要自然资源之一。通过直接提取水环境中(zhōng)的DNA片段，然后利用(yòng)高通量测序技(jì )术进行生物(wù)物(wù)种的定性或定量分(fēn)析，已经成為(wèi)一种新(xīn)的水生生物(wù)调查方法，在生物(wù)入侵的防治、濒危物(wù)种的保护、生物(wù)多(duō)样性的调查以及生物(wù)量的评估等方面具(jù)有(yǒu)广泛应用(yòng)。

水环境eDNA分(fēn)析通常需要将水样过滤，使eDNA被截留在滤膜上，并通过保存滤膜实现eDNA的采集。采样體(tǐ)积通常在15 ml至10 L之间，1-2 L的采样量最常见。对于稀有(yǒu)物(wù)种，需要增加采样體(tǐ)积以提升eDNA的浓度。因此，能(néng)够在野外迅速完成大體(tǐ)积水样的过滤对于后续eDNA提取和测序工(gōng)作(zuò)都至关重要，有(yǒu)助于确保eDNA的完整性和测序的质(zhì)量。已报道的背负式eDNA采样设备Smith-Root ANDe™ system，流速阈值為(wèi)1.0 L/min，虽提高了采样速度，并将eDNA的污染风险降至最低。然而，该系统适配的滤膜孔径為(wèi)1 µm和5 µm，不是通常eDNA研究中(zhōng)使用(yòng)的小(xiǎo)孔径滤膜(0.22或0.45 µm)。另外一款已报道的便携式水生eDNA过滤系统包含一个便携式泵，可(kě)适配0.22 µm或0.45 µm Sterivex过滤器，无阻碍过滤速率分(fēn)别為(wèi)150.05±7.01 mL/min和151.70±6.72 mL/min。显而易见，对于大體(tǐ)积水样的野外过滤来说，这个速率仍然很(hěn)慢。

GM eDNA富集仪是一款创新(xīn)的eDNA采样设备，设计小(xiǎo)巧便携，适合野外作(zuò)业。配备9000 mA的高容量锂電(diàn)池，可(kě)支持双通道同时运行5小(xiǎo)时，适配0.22 µm或0.45 µm孔径的滤膜，并提供高达1 L/min的过滤速率，实现10分(fēn)钟之内完成10 L水體(tǐ)的过滤，满足野外eDNA的高效富集需求。

本设备由電(diàn)池、开关、蠕动泵、过滤装(zhuāng)置、连接管路、计时器、压力监控装(zhuāng)置、进水口、出水口、滤板等组成（图1）。主要技(jì )术参数如下：

此外，进水管配备了一个桶状滤网（120目）和一个蝶形过滤器（孔径10 µm），可(kě)用(yòng)于浑浊水體(tǐ)的预过滤。

本设备用(yòng)户界面直观，操作(zuò)步骤简单，有(yǒu)些实验人员甚至无需阅读说明书即可(kě)使用(yòng)。基本流程如下：安(ān)装(zhuāng)前置预过滤器→连接管路→润洗/消毒→放置滤膜，启动过滤→收集/保存滤膜→清洗管路。在获得含eDNA的滤膜（直径100 mm）后，使用(yòng)真迈生物(wù)团队配套研发的磁珠法DNA提取试剂盒（GM提取试剂盒），完成eDNA提取，用(yòng)于后续的文(wén)库构建和高通量测序。

研究人员首先对GM提取试剂盒在eDNA的完整性、浓度和总量方面的表现进行了评估，并将其与市面上广泛使用(yòng)的进口提取试剂盒——Qiagen和MP试剂盒进行了对比分(fēn)析。结果表明：GM提取试剂盒提取的eDNA在完整性方面与MP和Qiagen试剂盒相比并无显著差异(表2)，同时在eDNA浓度和总量上也展现出与Qiagen试剂盒相媲美的水平，显著优于MP试剂盒(图2)。具(jù)體(tǐ)而言，从相同直径的滤膜中(zhōng)提取eDNA的实验中(zhōng)，GM、MP和Qiagen试剂盒分(fēn)别得到的总eDNA产(chǎn)量為(wèi)9.56 µg、7.66 µg和19.48 µg（表2）。

表2 三种试剂盒提取的eDNA质(zhì)量的比较

注：GM组的四个样本分(fēn)别来自于四张直径100 mm的滤膜；MP组的四个样本均源自同一张直径100 mm的滤膜（每个样本对应滤膜的一个四分(fēn)之一扇形區(qū)域）；Qiagen组与MP组类似。

真空抽滤是eDNA采集中(zhōng)的一项常用(yòng)技(jì )术。研究人员对GM eDNA富集仪（GM组）和传统真空抽滤技(jì )术（VF组）进行了比较研究，以评估它们在过滤效率和所得eDNA样本的生物(wù)多(duō)样性方面的性能(néng)。在eDNA采集效率的对比研究中(zhōng)，研究人员对GM eDNA富集仪和真空抽滤技(jì )术在过滤2 L水样所需时间进行了测量，分(fēn)别是27.61±2.67 min和644.02±39.74 min, GM eDNA富集仪优势显著。

随后，研究人员对两种过滤方法所得的eDNA样本进行了宏基因组测序（metagenome），以获得物(wù)种注释信息的差异。同时，使用(yòng)12S宏条形码测序（metabarcoding）对样本的OTU数量、α多(duō)样性和β多(duō)样性进行了比较分(fēn)析。通过Kraken 2数据库对测序结果进行物(wù)种注释，以评估两种方法在物(wù)种调查和生物(wù)多(duō)样性评估方面的潜在影响。研究结果显示，VF组和GM组获得的物(wù)种注释信息及相对丰度具(jù)有(yǒu)高度的一致性（图4）。此外，通过12S测序得到的OTU数量在两组间也基本相同，α多(duō)样性和β多(duō)样性指标差异均不显著（图5）。

1. GM eDNA富集仪小(xiǎo)巧便携，操作(zuò)简单，電(diàn)池续航持久，且适配eDNA研究常用(yòng)的小(xiǎo)孔径滤膜，可(kě)以在10分(fēn)钟内完成高达10 L水样的快速过滤，显著提升了eDNA采集的效率；

2. 在eDNA的完整性、浓度和总量方面，GM提取试剂盒可(kě)以媲美市面常见的进口eDNA提取试剂盒，且获得高度一致的宏基因组物(wù)种注释结果；

3. 与传统的真空抽滤相比，GM eDNA富集仪的过滤时间大幅缩短，并且获得与真空抽滤样本高度一致的宏基因组物(wù)种注释及12S 宏条形码测序结果，证实了GM eDNA富集仪在eDNA采集效率和样本质(zhì)量上的优势。

Liu Y, Wu P, Feng J, et al. Water filter: A rapid water environmental DNA collector in the field[J]. Frontiers in Environmental Science, 12: 1415338.