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内容大纲
本书是一部系统介绍环境DNA的工具书，在梳理总结环境DNA的概念及其技术发展的基础之上，按照研究和监测的规范化程序，详细介绍了宏条形码选择、引物设计、采样、DNA提取、扩增、测序以及数据分析等主要技术内容，并围绕淡水生态系统、海洋生态系统、陆地生态系统、古环境、食性分析等方面阐述了研究应用情况，提出了未来的发展方向和需要重点解决的技术问题。本书的特色是在深入浅出地介绍环境DNA的同时，以研究和监测目标为导向，启发读者对环境DNA监测、研究、应用及技术发展的进一步思考，并列出了相关文献供读者进一步深入学习。
本书可供生态学、环境科学、生物科学等相关领域的科研技术人员，政府部门相关管理人员以及高等院校师生阅读和参考。 -
作者介绍
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目录
第1章 环境DNA概述
1.1 概念
1.2 eDNA分析简史
1.3 eDNA技术的难点
1.4 eDNA研究的工作流程及其主要方法
1.5 eDNA的应用
第2章 DNA宏条形码选择和设计
2.1 选择哪种DNA宏条形码？
2.2 理想DNA宏条形码的特性
2.3 in silico引物设计和测试
2.3.1 必要前提
2.3.2 参考序列：ecoPrimers的说明、筛选和格式设置
2.3.3 使用ecoPrimers进行in silico引物设计
2.3.4 使用ecoPCR进行in silico引物测试
2.4 DNA宏条形码引物对案例
第3章 参考数据库
3.1 从EMBL、GenBank和DDBJ中提取参考数据库
3.1.1 下载EMBL的本地副本
3.1.2 识别与相关宏条形码相对应的序列
3.2 特异性标记物的参考数据库
3.2.1 核rRNA基因参考数据库
3.2.2 真核生物特异性数据库
3.3 构建本地参考数据库
3.3.1 基于PCR的本地参考数据库
3.3.2 基于鸟枪法的本地参考数据库
3.4 当前的挑战和未来的方向
第4章 采样
4.1 eDNA的环境循环
4.1.1 状态和来源
4.1.2 归趋
4.1.3 迁移
4.2 采样设计
4.2.1 聚焦合适的DNA
4.2.2 确定采样方案
4.3 样品保存
第5章 DNA提取
5.1 土壤样品提取
5.2 沉积物样品提取
5.3 凋落物样品提取
5.4 粪便样品提取
5.5 水样提取
第6章 DNA的扩增和多重扩增
6.1 PCR的原理
6.2 选择哪种聚合酶？
6.3 标准PCR反应
6.4 质控的重要性
6.4.1 提取中的阴性对照
6.4.2 PCR中的阴性对照
6.4.3 PCR中的阳性对照
6.4.4 标签系统对照
6.4.5 内参对照
6.5 PCR的优化
6.6 如何降低污染风险？
6.7 阻滞寡核苷酸以减少非目标序列的扩增
6.8 做多少个PCR重复？
6.9 同一个PCR中若干个宏条形码的多重扩增
6.10 在同一测序通道上多重扩增多个样品
6.10.1 问题概述
6.10.2 方案1：使用Illumina接头的单步PCR
6.10.3 方案2：使用Illumina接头的两步PCR
6.10.4 方案3：带有标记引物的单步PCR
第7章 DNA测序
7.1 一、二、三代测序技术概述
7.2 Illumina技术
7.2.1 文库制备
7.2.2 流动槽、桥式PCR和簇
7.2.3 合成测序
7.2.4 序列读长的质量分数
第8章 DNA宏条形码数据分析
8.1 基础序列处理和筛选
8.1.1 测序质量
8.1.2 双端读长配对
8.1.3 序列的分解使用
8.1.4 序列去重复化
8.1.5 序列初步筛选
8.2 序列分类
8.2.1 系统分类
8.2.2 无监督分类方法
8.2.3 嵌合体识别
8.3 利用实验对照的优势
8.3.1 筛除潜在污染
8.3.2 去除功能障碍的PCR
8.4 生态学分析的一般考量
8.4.1 采样尝试及其代表性
8.4.2 处理不同测序深度的样品
8.4.3 进一步调整生态学模型以适应宏条形码
第9章 单物种检测
9.1 定量PCR（qPCR）原理
9.1.1 通过荧光测量实时记录扩增子累积情况
9.1.2 典型扩增曲线
9.1.3 使用Ct方法量化目标序列
9.2 针对单物种的qPCR条形码的设计和测试
9.2.1 特异性问题
9.2.2 qPCR引物和探针
9.2.3 候选qPCR条形码
9.3 其他实验考虑
9.3.1 与采样、提取和PCR扩增相关的一般问题
9.3.2 特别关注污染和抑制
第10章 用于功能多样性的环境DNA
10.1 DNA宏条形码的功能多样性
10.1.1 功能推理
10.1.2 以活跃种群为目标
10.2 宏基因组学和宏转录组学：测序不仅仅是一个条形码
10.2.1 一般的采样限制
10.2.2 一般的分子约束
10.2.3 从序列到功能
第11章 一些早期的里程碑式研究
11.1 eDNA概念的提出以及关于微生物的初步结果
11.2 检验宏基因组以探索eDNA携带的功能信息
11.3 从微生物扩展到大型生物
第12章 淡水生态系统
12.1 淡水生态系统中eDNA的产生、持久性、迁移和可检测性
12.1.1 产生
12.1.2 持久性
12.1.3 迁移/扩散距离
12.1.4 可检测性
12.2 大型无脊椎动物
12.3 硅藻和微真核生物
12.4 水生植物
12.5 鱼类、两栖动物和其他脊椎动物
12.5.1 物种检测
12.5.2 生物量估算
12.6 河流是否是生物多样性信息的传送带？
第13章 海洋环境
13.1 海洋生态系统中的环境DNA循环和迁移
13.2 海洋微生物多样性
13.3 海洋大型生物的环境DNA
第14章 陆地生态系统
14.1 土壤eDNA的可检测性、持久性和迁移性
14.2 植物群落特征
14.3 蚯蚓群落特征
14.4 细菌群落或宏基因组特征
14.5 多类群多样性调查
第15章 古环境
15.1 湖泊沉积物
15.1.1 孢粉、大型化石和DNA复合条形码
15.1.2 安特纳湖的植物和哺乳动物
15.1.3 北美地区“无冰走廊”中的生命力
15.2 永久冻土
15.2.1 永久冻土作为eDNA来源的概述
15.2.2 用于重建过去植物群落的冻土样品大规模分析
15.3 考古中的贝冢材料
15.3.1 大量来自马达加斯加的考古鱼骨
15.3.2 用来自格陵兰的贝冢材料评估过去人类的饮食
第16章 与宿主相关的微生物区系
16.1 DNA动力学
16.2 早期基于分子技术的相关工作
16.3 共生体相关延伸工作
第17章 食性分析
17.1 一些开创性的食性研究
17.1.1 概念验证——使用下一代测序分析食草动物的食性
17.1.2 比亚沃维耶扎森林保护行动的效率评估
17.1.3 食肉动物食性的表征或如何区分捕食者和猎物的eDNA
17.1.4 杂食性分析或将多种食性整合到单种食性中
17.2 eDNA食性分析的方法学和实验特异性
17.2.1 eDNA来源
17.2.2 定量分析
17.2.3 作为现有生物多样性样品的饮食
17.2.4 食性分析存在的问题
第18章 混合样品分析
18.1 什么是混合样品
18.2 案例分析
18.2.1 用于生物多样性监测的昆虫混合样品
18.2.2 热带雨林线虫多样性
18.2.3 底栖生态系统中的海洋后生动物多样性
18.3 混合样品的宏条形码标记物
18.4 替代方法
第19章 eDNA宏条形码技术展望
19.1 基于PCR的方法
19.1.1 单标记物方法
19.1.2 多重标记物方法
19.2 基于鸟枪法的宏条形码技术
19.2.1 未通过捕获富集
19.2.2 通过捕获富集
19.3 趋于更为标准化
19.3.1 为了跨研究间的合理比较
19.3.2 为了环境监测
19.4 下一代参考数据库
19.5 尚待研究的问题
19.5.1 新的测序技术对eDNA分析有什么影响？
19.5.2 是否会为DNA宏条形码开发一些特定的存储库？
19.5.3 宏条形码是否提供定量结果？
19.5.4 宏条形码是否会完全融入生态学模型和理论？
19.5.5 如何训练学生和管理人员有效地将这个工具整合到学术和业务化的生态研究与监测中？
附录1 用于DNA宏条形码的引物对示例
附录2 8个核苷酸的384个标签，其之间至少有3个不同之处
附录3 设计基于PCR的DNA宏条形码实验的清单
参考文献
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