《Environmental DNA》：The Seasonal Rhythms of Coastal eDNA: Insights Into Biodiversity and Regional Detection Patterns
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本文综述了沿海环境DNA（eDNA）监测中季节性变化的关键作用。研究通过宏条形码技术，在西北大西洋三个不同海域（芬迪湾、斯科舍陆架、巴芬岛）的系统性采样，揭示了大多数海洋物种的eDNA检测窗口短暂（1-2个月），且检测周期与物种生物学特征（如繁殖、蜕皮、迁徙）密切相关。研究强调，忽略季节性变异可能导致假阴性结果，并提出了优化eDNA采样设计的指南，为海洋生物多样性监测提供了重要方法论支撑。
引言
环境DNA（eDNA）作为生物监测的非侵入性工具，其检测效能受到时间动态的显著影响。本研究旨在通过多区域、多引物的eDNA宏条形码数据，评估不同分类群的最佳检测窗口，以优化采样策略并提升数据可比性。
材料与方法
研究在芬迪湾（BOF）、哈利法克斯（HAL）和北极（ARC）沿海区域进行月度水样采集，使用四种引物（COI、18S、16S、12S）进行eDNA宏条形码分析。通过严格生物信息学过滤和统计学检验（如Fisher精确检验），定义了检测概率≥75%的连续月份为最佳检测窗口，并利用多变量随机森林（MRF）分析生物学因素对检测的影响。
结果
3.1 测序质量与物种鉴定
测序共获得数百万条高质量序列。COI引物在BOF、HAL和ARC分别鉴定到147、82和57种海洋真核生物。18S、16S和12S引物在BOF分别检测到95、92和82个物种。优势门类包括环节动物和节肢动物（COI、18S），而鱼类引物（16S、12S）主要检测鱼类。
3.2 检测窗口的时空变异
多数物种（74%）显示短暂的检测窗口（1–2个月）。检测窗口在近缘物种间保守，但受引物选择影响显著。NMDS和PERMANOVA分析表明，月份和站点是群落结构变异的主要驱动因子，而野外重复对变异贡献不显著。
3.3 关键影响因素
系统发育关系是COI引物检测窗口的最强预测因子。生物学特征如季节性迁徙、蜕皮和底栖/浮游生活史对鱼类引物（16S/12S）和18S引物的检测窗口有重要影响。例如，甲壳动物（"crunchy"体质）在夏季因蜕皮和幼虫释放呈现更高检测率。
3.4 门类特异性模式
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环节动物：检测窗口短（平均2.1个月），BOF地区最优检测期为11–12月。
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节肢动物：检测窗口较长（平均4.5个月），桡足类在BOF的COI检测高峰为9–11月。
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脊索动物：鱼类检测窗口因引物而异，12S/16S引物窗口长于COI。被囊动物检测稀疏，高峰在11月。
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多孔动物：在BOF的COI检测中窗口较长（平均6.8个月），最优期为12月。
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其他门类：如刺胞动物、棘皮动物、软体动物等均呈现特定的季节性检测模式，与繁殖或生理活动周期相关。
讨论
4.1 季节性变异的重要性
忽略eDNA检测的季节性可能导致假阴性，降低监测效率。本研究首次系统量化了多种分类群、引物和区域的检测窗口，为制定适应性采样策略提供依据。
4.2 生物学驱动因素
物种生物学特性（如繁殖、迁徙）显著影响eDNA释放动态。例如，多孔动物在冷月份检测率升高，可能与繁殖事件相关；双壳类幼虫释放期与eDNA检测高峰吻合。
4.3 环境与引物影响
环境因素（温度、UV）通过影响DNA降解速率调节检测持续时间。引物选择直接影响检测周期和分类分辨率，如COI和18S显示较强季节性波动，而鱼类引物提供更稳定检测。
4.4 对eDNA监测的启示
研究建议将采样时间与目标物种生物学事件对齐，以提升检测灵敏度。在缺乏先验知识时，可基于近缘类群的保守模式预测检测窗口。长期监测结合eRNA分析有望进一步提高时空分辨率。
结论
eDNA检测窗口具有显著的季节性和分类群特异性。优化采样设计需综合考虑物种生物学、环境因素和引物选择。本研究为海洋生物多样性监测提供了数据驱动的框架，有助于提升eDNA技术在生态评估和管理决策中的可靠性。
