国家基因库研发线粒体基因组重要新应用

　　继启动万种动物线粒体基因组计划（MT10K, https://www.mt10k.org）之后，深圳国家基因库成功研发出一套应用线粒体基因组监测生物多样性的宏线粒体基因组重测序方法（mitochondrial metagenomics，以下简称“全线粒体混合多样性分析法”）。此方法高效、准确且可反复验证，并成功应用于英国农场的野生蜂多样性及其生物量的监测项目。相关研究成果于2015年7月6日在著名生态学期刊《Methods in Ecology and Evolution》上发表。

　　一直以来，野生传粉昆虫不仅是维持生物多样性的重要角色，更是保证农产品产量的大自然主角。但栖息地的破坏、农药的使用、气候的变化和疾病等因素使得它们难以生存，野生蜂数量大大减少，许多敏感性物种灭绝，直接影响了农业生产。这些情况引起了生态学家及各国政府的高度重视。去年，美国政府专门为保护蜜蜂宣布了一项拯救计划，英国也颁布了国家传粉蜜蜂和其他传粉媒介保护战略，计划开展大规模传粉媒介长期监测项目。但使用显微镜逐个开展形态学鉴定的传统方法所需要的工作量和分类学经验将使之成为不可能完成的任务。

　　为了高效、准确、大规模地监测传粉媒介，中科院昆明动物研究所博士生导师、英国东安格利亚大学(The University of East Anglia, UEA)教授Douglas Yu找到了国家基因库的科研团队。该科研团队在2013年成功研发了无需PCR扩增的生物多样性监测方法(Zhou et al. 2013)，避免了PCR引入的偏向性和错误。在意识到线粒体基因组的应用价值——线粒体基因组参考数据库的全面建立将为生态学研究、系统发育学以及进化研究提供重要的支持后，他们成功研发出低成本且高效的线粒体基因组获取方法(Tang et al. 2014)，迅速推动MT10K项目的开展，与此同时，也一直致力于研发和推动线粒体基因组在生物多样性调查中的应用。此次，国家基因库首次将最新的一套基于二代测序结合信息分析的流程应用到英国雷丁大学（University of Reading）研究团队采集的传粉蜜蜂样本调查，结果证明全线粒体混合多样性分析法高效准确。这一方法颠覆了传统生物调查方法耗时、耗力和准确度不高的现状，比传统的形态学鉴定方法及近年来广泛应用的DNA宏条形码技术（metabarcoding）更高效、准确且可反复验证。该方法在英国传粉蜜蜂监测项目上的成功应用翻开了全新多样性研究方法的篇章，并将使备受关注的传粉媒介监测和保护项目大大受益于该高通量流程。

　　全线粒体混合多样性分析法流程包括目标线粒体基因组参考数据库的建立和环境样本的数据比对两部分，简单、快速且可重复性高。目标线粒体参考数据库的建立一次性完成，却可被无限次利用，可用于长期监测；环境样本无需逐个个体处理，直接对混合的“蜜蜂汤”提取DNA之后进行无PCR测序，所得二代测序短序列直接比对参考数据库即可，有利于大规模样本处理。在发表的文章中，科学家们同时采用了形态学鉴定方法和DNA宏条形码监测方法，而该方法在效率和准确率上均有明显优势。更重要的是，除了生物组成信息，物种的丰度信息也可以获取，进而便于监测各个物种群落的实时动态，以结合农药使用情况等不同环境因素指导应用恰当的保护措施。因此，全线粒体混合多样性分析法的应用可能成为多样性调查和保护的新的重要方法，同时，这一重要应用也说明了构建完善线粒体基因组数据库的必要性。

　　原文链接：

　　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.