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下探一萬米，跨越六千年！DNBSEQ打造解密環(huán)境與生物多樣性的“時光機”

時間：2025-03-17作者：華大智造

深淵水深超過6000米，是全球海洋最深的區(qū)域，代表著地球上最少被探索的極端環(huán)境。馬里亞納海溝最深處達(dá)10909米，足以“吞沒”海拔8848.86米的世界最高峰珠穆朗瑪峰。這里的壓力高達(dá)1100個大氣壓，常年黑暗冰冷，曾一度被視為“生命禁區(qū)”。

作為人類最后踏足的大陸，南極一直披著神秘的面紗。企鵝是喜歡吃魚還是偏愛磷蝦？海豹與企鵝究竟誰是南極的“主角”？南極生態(tài)存在哪些變化……在這里收集的地層沉積物樣本的時間跨度大約6000年。

下探一萬米，跨越六千年，只需從海中舀一杯水，從土壤中挖一抔土，從沉積物中分離一管淤泥等等，就能知道有哪些物種曾在附近出沒。這就是環(huán)境DNA（eDNA）技術(shù)，解密環(huán)境與生物多樣性的“時光機”。

通過分析環(huán)境樣本中的DNA間接追蹤目標(biāo)物種的存在與分布，環(huán)境DNA技術(shù)最初應(yīng)用于水生生態(tài)系統(tǒng)（如檢測魚類或兩棲動物），隨后迅速擴展至陸地、深海、極地甚至古環(huán)境研究。基于環(huán)境DNA技術(shù)，研究人員僅需少量樣本即可檢測出稀有或瀕危物種，甚至重建整個生物群落的組成。環(huán)境DNA技術(shù)已成為生物多樣性監(jiān)測、入侵物種預(yù)警、瀕危物種保護(hù)及生態(tài)系統(tǒng)健康評估的重要工具，為全球生物多樣性保護(hù)提供了前所未有的科學(xué)支撐。

探索自然環(huán)境的構(gòu)成、功能及其與生物多樣性之間的相互作用，理解人類活動與自然系統(tǒng)之間的關(guān)系，環(huán)境與生物多樣性研究為保護(hù)生態(tài)環(huán)境、維持生物多樣性和促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。華大智造DNBSEQ技術(shù)對低質(zhì)量/低濃度DNA的高兼容性及其相對較長的測序讀長，能有效助力復(fù)雜微生物群落結(jié)構(gòu)解析和動植物基因組組裝，成為環(huán)境與生物多樣性研究的核心技術(shù)支撐。

今天與大家分享5篇基于華大智造DNBSEQ測序儀開展環(huán)境與生物多樣性研究的頂刊文章，一起來看看DNBSEQ平臺如何賦能環(huán)境與生物多樣性研究？

文章1：深海沉積物中的微生物生態(tài)系統(tǒng)及其生態(tài)驅(qū)動力研究

期刊：Cell （IF:45.6）
發(fā)表時間：2025年
測序方法：16S rRNA gene擴增子測序和宏基因組測序
測序平臺：DNBSEQ T系列平臺
研究概要：研究團(tuán)隊在壓力高達(dá)1100個大氣壓的深淵極端環(huán)境下，探索了馬里亞納海溝、雅浦海溝和菲律賓海盆6000-11000米水深區(qū)域，其中雅浦海溝最深點為人類首次探索，采集了包括水體、沉積物、宏生物、巖石等千余份樣本，對采集到的沉積物樣本進(jìn)行宏基因組測序，研究人員鑒定出7,564個原核微生物物種，其中89.4%為未報道的新物種。研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)境選擇壓力（如高靜水壓、低溫和營養(yǎng)限制）在塑造深海微生物群落方面起著關(guān)鍵作用。還揭示了深海微生物適應(yīng)極端環(huán)境的多種機制，如增強抗氧化機制和細(xì)胞內(nèi)相容性溶質(zhì)的積累，這些機制在不同生物域中普遍存在，表明了對超高壓力條件的普遍生理響應(yīng)。研究產(chǎn)生的數(shù)據(jù)庫為未來深海微生物適應(yīng)性研究提供了寶貴的資源，具有潛在的生物技術(shù)和環(huán)境科學(xué)應(yīng)用價值。

文章2：深海鉤蝦基因組學(xué)研究揭示種群演化及其對深淵環(huán)境的適應(yīng)機制

期刊：Cell （IF:45.6）
發(fā)表時間：2025年
測序方法：全基因組測序
測序平臺：MGISEQ-2000（海外產(chǎn)品名稱為DNBSEQ-G400），DNBSEQ-T10
研究概要：研究團(tuán)隊在馬里亞納海溝、雅浦海溝和菲律賓海盆等區(qū)域采集了鉤蝦樣本，并進(jìn)行了全基因組測序，成功組裝了鉤蝦的染色體水平高質(zhì)量基因組（大小13.92 Gb）。通過比較基因組學(xué)方法分析基因組特征和種群動態(tài)，結(jié)果顯示來自馬里亞納海溝不同深度（約7000-11000米）的鉤蝦群體之間不存在遺傳分化，表明它們是一個完全混合的群體，能夠適應(yīng)不同深度的高靜水壓。西菲律賓海盆的鉤蝦群體與馬里亞納海溝和雅浦海溝的群體表現(xiàn)出明顯的遺傳分化，這可能是由于地理隔離造成的。還發(fā)現(xiàn)鉤蝦與共生菌Psychromonas的協(xié)同合作可能是適應(yīng)深淵環(huán)境的關(guān)鍵。該研究通過前沿基因組學(xué)技術(shù)揭示了鉤蝦適應(yīng)深淵極端環(huán)境的分子機制與種群演化歷史，挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)抗壓理論，并凸顯了共生系統(tǒng)在極端生存中的核心作用。其成果不僅拓展了生命科學(xué)的認(rèn)知邊界，也為深海生態(tài)保護(hù)與資源可持續(xù)利用提供了科學(xué)依據(jù)。

文章3：沉積物DNA揭示南極羅斯海阿德利企鵝種群與生態(tài)

期刊：Nature communication （IF:16.6）
發(fā)表時間：2025年
測序方法：宏基因組測序
測序平臺：DNBSEQ T系列平臺
研究概要：研究分析了來自羅斯島和東維多利亞陸地海岸線的六個活躍和四個廢棄的阿德利企鵝棲息地的156個沉積物樣本，這些樣本跨越了6000年，通過對這些沉積物樣本進(jìn)行宏基因組測序，使用最低共同祖先（LCA）分析方法來識別動物、植物、真菌和微生物的DNA序列。研究揭示了阿德利企鵝的種群變化，包括其在不同歷史時期的分布和數(shù)量。另外還檢測到了其他當(dāng)?shù)匚锓N的存在，包括各種鳥類、海豹和無脊椎動物。例如，在開普哈萊特發(fā)現(xiàn)了南方象海豹的DNA，表明這里曾是它們的繁殖地。該研究通過沉積DNA技術(shù)打開了一扇窺探南極生態(tài)系統(tǒng)萬年演化的窗口，不僅深化了對阿德利企鵝適應(yīng)策略的理解，更凸顯了跨學(xué)科方法在解析“氣候-生態(tài)-演化”復(fù)雜關(guān)系中的強大潛力。該成果為南極生物多樣性保護(hù)與全球變化生物學(xué)提供了關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)。

文章4：魚類對深海環(huán)境的進(jìn)化與遺傳適應(yīng)性研究

期刊：Cell （IF:45.6）
發(fā)表時間：2025年
測序方法：DNA條形碼測序，轉(zhuǎn)錄組測序
測序平臺：MGISEQ-2000（海外產(chǎn)品名稱為DNBSEQ-G400）
研究概要：研究團(tuán)隊在西太平洋至中印度洋的廣闊海域進(jìn)行了廣泛采樣，對采集到的深海魚類進(jìn)行測序分析，生成了12個物種（包括11種深海魚類）的基因組組裝，通過比較基因組學(xué)方法分析魚類宿主和光合共生體在不同環(huán)境梯度下的基因變異和群落結(jié)構(gòu)，揭示了深海魚類適應(yīng)極端環(huán)境的多種機制。例如，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)生活在3000米以下的深海魚類的rtf1基因中存在一個高度保守的趨同突變，體外實驗表明，這種突變可以提高轉(zhuǎn)錄效率，這可能是深海環(huán)境中的一種有利適應(yīng)。研究團(tuán)隊還挑戰(zhàn)了之前關(guān)于TMAO含量與深度呈線性相關(guān)的假設(shè)。雖然在0至6000米水深之間，魚類的TMAO水平確實會隨著深度的增加而上升，但在超過6000米的深度時，這種趨勢不再延續(xù)。同時，研究團(tuán)隊檢測到來自馬里亞納海溝的魚類體內(nèi)含有高濃度的多氯聯(lián)苯（PCBs）等持久性有機污染物，表明這些合成污染物已經(jīng)滲透到地球最深的海溝中。該研究不僅重塑了人類對深海生命極限的認(rèn)知，還通過跨學(xué)科技術(shù)整合為極端環(huán)境生物學(xué)設(shè)立了新標(biāo)桿。其成果為深海生態(tài)保護(hù)、生物醫(yī)藥（如高壓適應(yīng)基因的應(yīng)用）及氣候變化研究提供了關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)。

文章5：環(huán)境篩選助力珊瑚適應(yīng)高溫、酸化與缺氧的極端棲息環(huán)境

期刊：Global Change Biology（IF:10.8）
發(fā)表時間：2025年
測序方法：全基因組測序
測序平臺：DNBSEQ測序平臺
研究概要：研究團(tuán)隊對來自Bouraké瀉湖及其附近兩個對照礁的珊瑚和光合共生體進(jìn)行了測序分析，通過對珊瑚宿主和光合共生體在不同環(huán)境梯度下的基因變異和群落結(jié)構(gòu)分析來研究珊瑚的適應(yīng)性。研究發(fā)現(xiàn)，珊瑚的適應(yīng)性不僅體現(xiàn)在與不同光合共生體的關(guān)聯(lián)性上，還體現(xiàn)在宿主基因組的特定位點上。珊瑚能夠靈活地與不同的光合共生體結(jié)合，以增強其在極端環(huán)境下的耐受性。該研究首次在自然生態(tài)系統(tǒng)中實證了珊瑚應(yīng)對多重極端環(huán)境的快速進(jìn)化能力，為珊瑚礁保護(hù)帶來顛覆性啟示：借助環(huán)境過濾篩選出的“適者”基因型，人類或可主動干預(yù)，加速珊瑚對氣候變化的適應(yīng)進(jìn)程。這一發(fā)現(xiàn)不僅為珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)注入希望，也為理解生物快速進(jìn)化機制提供了經(jīng)典案例。

華大智造DNBSEQ測序平臺采用獨特的DNBSEQ測序技術(shù)，具有高精度、低重復(fù)序列錯誤率（<0.1%）和低交叉污染風(fēng)險的特點，尤其適用于復(fù)雜環(huán)境樣本（如土壤、水體eDNA）的檢測，可精準(zhǔn)解析低豐度物種的遺傳信息，并支持大規(guī)模樣本平行測序，顯著降低單位成本。此外，DNBSEQ測序技術(shù)對低質(zhì)量/低濃度DNA的高兼容性及其相對較長的測序讀長，能有效助力復(fù)雜微生物群落結(jié)構(gòu)解析和動植物基因組組裝，成為環(huán)境與生物多樣性研究的核心技術(shù)支撐。

近日，華大智造的環(huán)境DNA宏條形碼測序組合產(chǎn)品全面升級：新增全自動便攜式環(huán)境DNA采樣器，可滿足戶外快速采樣需求，真正實現(xiàn)從采樣到報告的一站式產(chǎn)品方案；開發(fā)了ATOPlex 16SV4 rDNA 建庫試劑，搭配DNBSEQ-E25測序儀，可在海上穩(wěn)定快速地產(chǎn)出精準(zhǔn)數(shù)據(jù)；還升級了MetaSIS分析軟件，支持自定義引物序列和定制數(shù)據(jù)庫。