一种环境DNA监测结果空间有效度评估方法与流程

本发明涉及环境dna监测结果评估技术，具体涉及一种环境dna监测结果空间有效度评估方法。

背景技术：

1、环境dna是指从环境样品(水体、土壤、沉积物、空气、混合物等)中提取的dna，是各种生物的dna混合物，用特定dna宏条形码(metabarcoding)引物对其进行扩增测序、分类学分析、相对丰度分析、功能预测等，可以监测环境中物种组成、群落结构、生态功能等相关信息。目前涉及到环境dna监测结果分析有关的方法目前主要有两个路径：

2、(1)针对生物类群整体监测的综合性流域生物信息流计算框架，

3、(2)针对单个物种进行可检出距离的实验检验方法。

4、环境dna监测要作为常规工作方法或常规工作内容需要完成环境dna监测技术标准化，当前的工作尚未按照环境dna监测技术流程的10个关键环节来推进，10个关键环节包括平行样设计、采样点设计、采样时间设计、采样方法控制、样品处理、样品保存、扩增测序引物选择、样品提取-扩增-测序-分析、序列比对注释、监测结果后评估；尤其是监测结果后评估这个最后一环尚未获得大家的认识、理解、重视。

5、其中环境dna监测结果后评估中的环境dna监测结果空间有效度评估(即定量评估一个样点/样品的环境dna监测结果所能反映水生生物组成特征的江段长度，所能反映水生生物组成特征的空间有效度，及对该长度江段内生物信息的覆盖能力、对该长度江段以外/上来的生物信息的排除能力)的方法尚缺，无法回答环境dna监测结果所检出的生物物种究竟反映的是多大或多长水域中的生物物种，以及究竟能够多大程度上呈现该水域的生物组成。其缺失已成为阻碍edna监测在水生生物常态化监测评估中应用的关键因素之一。

6、当前所有的涉及到环境dna监测结果分析的专利中，都是获得监测结果后直接往结论上推导，完全没有注意到环境dna监测结果的空间有效度问题，更没有对环境dna监测结果的空间有效度进行评估。所以在将环境dna监测工作常态化之前，必须认识、理解、重视监测结果后评估的重要性。

7、鉴于此，本发明提出一种环境dna监测结果空间有效度评估方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种环境dna监测结果空间有效度评估方法，是对基于宏条形码(meta-barcoding)技术的环境dna监测结果所能解释的空间有效度的评估。

2、第一方面，本发明提供了一种环境dna监测结果空间有效度评估方法，包括以下步骤：

3、步骤s1：以各样点的各重复样品检出的生物信息组成为基础，估算各样点的生物信息总数和各样点单位样品的生物信息检出度；

4、步骤s2：基于步骤s1中各样点单位样品检出的生物信息组成计算样点间输移链路的流域生物信息流输移效率，结合各样点单位样品的生物信息检出度获取各样点单位样品的生物信息检出度对流域生物信息流输移效率计算的影响、进行模拟计算和校正；

5、步骤s3：基于流域生物信息流输移效率计算流域生物信息流的特征值；将现实流域生物信息流的空间异质性纳入考虑、借助相邻样点间流域生物信息流计算对流域生物信息流输移效率和特征值进行空间细化和校正，获取各样点的流域生物信息流关键特征值；

6、步骤4：利用计算所得的流域生物信息流特征值估算环境dna监测结果对空间范围内生物信息检出的可信度和覆盖度，同时考虑采样误差对相关计算的影响、考虑现实流域生物信息流的复杂性导致的空间异质性，最终对环境dna监测结果空间有效度评估结果进行概率化处理。

7、作为本发明一种优选技术方案，各样点生物信息检出度的概率化测算逻辑为：

8、步骤s11：利用重复样品检出的生物信息组成结果计算各样点的生物信息累计曲线；

9、步骤s12：基于各样品检出的生物信息数计算单位样品的生物信息检出度概率分布。

10、作为本发明一种优选技术方案，样点序列的流域生物信息流的概率化测算逻辑为：

11、步骤s21：建立流域生物信息流输移链路，基于各样点检出的生物信息组成计算流域生物信息流输移效率；

12、步骤s22：利用样点单位样品的生物信息检出度计算流域生物信息流输移效率概率分布；

13、步骤s23：基于流域生物信息流输移效率计算流域生物信息流特征值概率分布。

14、作为本发明一种优选技术方案，相邻样点间流域生物信息流的概率化校正逻辑为：

15、步骤s31：利用样点单位样品的生物信息检出度计算相邻样点间流域生物信息流输移效率概率分布；

16、步骤s32：利用流域生物信息流特征值概率分布计算流域生物信息流标准化输移效率概率分布；

17、步骤s33：根据相邻样点间流域生物信息流输移效率概率分布校正流域生物信息流特征值概率分布。

18、作为本发明一种优选技术方案，监测结果空间有效度的概率化评估逻辑为：

19、步骤s41：根据流域生物信息流特征值概率分布计算监测结果随空间距离变化的可信度概率分布；

20、步骤s42：根据流域生物信息流特征值概率分布计算监测结果随空间距离变化的覆盖度概率分布。

21、作为本发明一种优选技术方案，还包括各样点检出的生物信息组成的采样逻辑：

22、步骤a1：确定样品重复数、采样时间、采样点和采样方法，实施野外采样；

23、步骤a2：通过样品前处理和样品保存进行样品处理；

24、步骤a3：在室内实验通过引物选择对环境dna进行提取、扩增、测序和分析处理，从而提取序列比对注释结果；

25、步骤a4：基于序列比对注释结果获取各样点的各样品检出的生物信息组成。

26、作为本发明一种优选技术方案，包括以下步骤：

27、各样点单位样品的生物信息检出度的概率化测算；

28、样点序列的流域生物信息流的概率化测算；

29、监测结果空间有效度(即可信度和覆盖度)的概率化评估以实现对环境dna监测结果空间有效度的概况评估。

30、作为本发明一种优选技术方案，包括以下步骤：

31、样点序列的流域生物信息流测算；

32、监测结果空间有效度(即可信度和覆盖度)的概率化评估以实现对环境dna监测结果空间有效度的粗略评估。

33、作为本发明一种优选技术方案，所述生物信息包括但不限于基于对序列聚类所得的分析单元和基于对otu或asv分类学注释所得的分类单元，所述对序列聚类所得的分析单元包括otu和asv，所述对otu或asv分类学注释所得的分类单元包括物种、属、科、目、纲。

34、第二方面，本发明一种电子设备，该电子设备包括：

35、至少一个处理器；

36、与所述至少一个处理器通信连接的存储装置，用于存储程序，

37、当所述程序被所述至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器实现本发明第一方面所述的一种环境dna监测结果空间有效度评估方法。

38、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

39、本发明对环境dna监测结果的后评估，尤其是对环境dna监测结果在空间上的有效度评估提供了认知框架和技术实现路径，量化环境dna监测结果中的不确定性，拓宽监测目标、降低监测成本，进而提高水生态监测和管理的便捷度，助力国家生态文明建设。