一桶水就能辨識魚種新技術

Posted on 2015/11/14 in 新知, 生命科學, 生態與演化, 生物多樣性, 科技報導 with 沒有迴響 2,873 views

一桶水就能辨識魚種新技術
(New technique of a barrel of water to know fish species)
國立臺灣大學生命科學系范姜文榮編譯/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群副教授責任編輯

編譯來源：水をくんで調べれば、生息する魚の種類が分かる新技術を開発～魚類多様性の調査にもビッグデータ解析時代の到来～

生物多樣性的保育與生物資源的永續利用，近年受到各國的重視。為促進生物多樣性，生物多樣性的監測技術是不可或缺的。若想對海洋、河川、湖泊的魚類多樣性進行監測，潛入水中觀察或使用魚網等漁具捕撈等，除需大量勞力及費用外，尚有必要長時間的調查，及具備專業的知識與經驗。

最近研究發現包括魚類等生物，代謝廢物、受傷組織或脫落的表皮細胞等DNA，會隨著體表黏液或糞便等同時被釋放至水體中，此物質稱為「環境DNA（environmental DNA）」。DNA鹼基序列(base sequence)含有辨識物種的訊息，藉由讀取該訊息，能應用在各種層面。過去研究，環境DNA已成功檢出特定外來種的棲息水域、棲息河川內鯉魚的生物量、以及日本天然紀念物種大山椒魚(Japanese giant salamander)的棲息地，其成果受到高度矚目。

但環境DNA不僅只是特定魚種的DNA，也包含其它各種生物的DNA。若能開發出環境DNA分析的有效技術，就能解決魚類多樣性監測目前面臨勞力、時間、及費用等困境。收集環境DNA予以分析，來辨識物種的技術，被稱為「關連族群條碼(metabarcoding)」。過去使用「次世代基因定序儀」解析微生物物種，最近將此技術應用在魚類的環境DNA上，已確認能成功透過水域環境DNA來辨識特定魚種。因此日本東京大學等研究團隊開發新型「魚類關連族群條碼」技術，來檢驗該技術的有效性。

魚類關連族群條碼技術的有效性，需滿足以下三個條件，(1)須找到任何魚種都具有共通且保守的2片段之DNA鹼基序列。(2)該2片段所包夾的鹼基序列「差異」足以辨識魚種。(3)環境DNA易劣化， DNA鹼基序列差異長度宜短。

研究團隊取得880魚種的粒線體基因體(mitochondrial genome)，比較全部基因序列，找出滿足上述3條件的DNA鹼基序列。若能設計一對引子(primer)與上述魚類共通2 DNA片段序列結合，該引子就能辨識魚類所特有DNA序列。再藉由聚合酶連鎖反應(polymerase chain reaction;簡稱PCR)，將微量且具物種差異性的DNA予以增幅，就能獲得2個引子及2魚種鹼基序列差異所需數量。最後經次世代基因定序儀解析大量樣本。

圖片來源 : http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150722-4/index.html

首先選取全世界約30000萬魚種中具代表性的96種，自組織內抽取DNA，檢驗所設計引子的性能，結果每一種抽取的微量DNA，都能經PCR反應達到良好的增幅。接著，從沖繩美麗海水族館的4個水槽抽出環境DNA予以增幅，經次世代基因定序儀解析，成功檢出4個水槽內飼育超過9成168魚種(93.3%)。另檢出鄰近珊瑚礁開放海域中的93種亞熱帶魚類。

該研究所開發的魚種辨識法，僅需取水一桶數公升，經過濾，再抽取其環境DNA予以分析，非常簡便。目前作為參照的DNA資料庫網羅約5000魚種，若未來能充實魚種DNA資料庫至世界上30000魚種，便能即使未具魚類分類的專業知識，也能進行高效率、高頻率魚類相調查，達到有效監測魚類多樣性的目的。該研究成果於2015年7月刊載科學期刊「Royal Society Open Science」。

名詞解釋

引子 : 於聚合酶連鎖反應(微量DNA片段增幅技術之一)，所使用的單股DNA片段。

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