这个暑假，一群高中生像科学家一样做科研！丨DNA条形码
营地手记
7月29日-8月9日，在美国冷泉港实验室及DNA学习中心老师的共同带领下，DNA条形码项目学员完成了系列极具科研价值的课题。
自去年引进最新的三代测序技术-纳米孔测序技术后，今年该技术同样在营地中使用。一台电脑、一个像“U盘”式的仪器，就可以现场直接点样，在电脑中同步进行数据测序及分析。这些前沿的技术助力各位学员大胆的去设想、求证、实验，探索自己的课题。
接下来，就来看看两周时间，他们都做了哪些课题吧！
使用纳米孔技术进行16S条形码测序以鉴定蚂蚁下颌微生物群并探讨其与蚂蚁饮食的关系
图片来源：冷泉港亚洲DNA学习中心
课题名称：
Using 16S metabarcoding with Oxford Nanopore Technologies to identify ant mandibular microbiomes and examine the link to ant diet
学员海报 图片来源：冷泉港亚洲DNA学习中心
小组成员：
北京二十一世纪学校 王一诺，江苏省苏州中学 浦睿恒，苏州工业园区领科高级学校 杨印心
图片来源：冷泉港亚洲DNA学习中心
蚂蚁（Formicidae）自侏罗纪时期首次出现以来，已经进化并分化成 12,000 种不同的物种。随着时间的流逝，它们对食物的偏好也发生了变化。虽然许多蚂蚁的饮食多种多样，但有些蚂蚁以特定的动物或植物为食。众所周知，饮食与生物体的微生物组密切相关。蚂蚁也可能是这种情况。研究中，小组成员将检查不同种类蚂蚁下颌骨上的微生物多样性，以研究微生物组多样性与蚂蚁物种记录的饮食之间的关系。
在学习中心旁边的公园里，小组成员们捉到了12只蚂蚁，他们要提取不同种类蚂蚁下颌骨（蚂蚁头部作为提取物）微生物群。实验样本数量还不错，DNA条形码技术表明12只蚂蚁来自三种样本，分别是宽结大头蚁、中华小家蚁和黄足尼氏蚁。随后，组员们使用纳米孔测序技术测定了蚂蚁下颌微生物群。
实验结果显示，黄足尼氏蚁样品中含有大量的放线菌，而在大头蚁中，放线菌数量很少。另一种细菌——莫拉菌则不会出现在黄足尼氏蚁中，仅在宽结大头蚁和中华小家蚁中。
这些实验成果可以与蚂蚁的食物相互印证，黄足尼氏蚁主要以腐肉为食，而那些喜欢吃植物和花蜜的蚂蚁就不会花费大量时间在土壤中去寻找腐肉，蚂蚁下颌骨微生物群与其饮食习惯的联系逐渐显现。
因为样本数量还不够多，蚂蚁下颌骨的细菌数量还不够多，组员们期待未来能够扩大实验样本进一步分析论证，同时因为时间有限，没有去除其它变量，他们对未来再研究这个课题有了很多畅想，譬如可以养一段时间的蚂蚁，控制供给食物，设计实验组和对照组等。
研究微生物群系在生物死亡后短时间内的演变
课题名称：
Using Metabarcoding To Categorize Insect Microbiome Succession During Post-Mortem Decomposition
学员海报 图片来源：冷泉港亚洲DNA学习中心
小组成员：
上海平和双语学校 陈欣童，上海星河湾学校 张芊芊，上海光华启迪国际教育学校 严逸昕
图片来源：冷泉港亚洲DNA学习中心
曾有科学研究人员发现一个人死后微生物组可以预测某些健康状况，如心脏病。而这一组成员则研究了蜘蛛、蚂蚱、甲虫死亡后微生物组的变化。
随着死亡时间的延长，细菌会有怎样的变化呢？小组成员发现，有些细菌随着时间的延长会增加，有些细菌则会不断减少甚至消失。例如正常情况下，蓝藻在死亡后随着时间的延长而减少，这是因为光和氧气的缺失抑制了蓝藻的光合作用过程而导致其衰落。而有两种细菌（寄生致病菌链球菌属和嗜血杆菌属）在死亡24小时后几乎完全消失，取而代之的是葡萄球菌和厌氧球菌，而它们正是在尸体腐烂的过程中发挥着分解作用。
此外，每种生物也有体内特别的细菌，比如柠檬酸杆菌只在蚂蚱体内发现，死后不会出现太大的改变，嗜吞噬细胞无形体主要在甲虫体内，蚂蚱体内也有，不过死后会显著嫌少。
这些实验结果展示了蜘蛛、蚂蚱、甲虫死后体内微生物群落的动态变化，“研究蜘蛛、蚂蚱、甲虫这些或许对法医学有一定的启发，同时也能摆脱伦理道德的约束，此外期待能对生态学研究有借鉴意义”，小组成员提起自己的项目成果时，透露出了几分自豪感。
健康斑马鱼与患多动症斑马鱼肠道中微生物多样性的不同
课题名称：
The difference in the diveristy of gut microbes in healthy and ADHD-positive zebrafish (Danio rerio)
学员海报 图片来源：冷泉港亚洲DNA学习中心
小组成员：
苏州工业园区德威联合书院 王璨紫，苏州工业园区星海高级中学 钱思睿，上海领科学校 谢梓妤
图片来源：冷泉港亚洲DNA学习中心
多动症患者的肠道菌群和普通人不一样？有研究表明，多动症人群拥有一个不同的肠道菌群。小组成员想到，斑马鱼与人类共享约70%的相同基因，包括高达84%的与人类疾病相关的基因。是否可以研究斑马鱼的肠道菌群，作为模型以帮助研究人类的肠道菌群。
确定话题后，小组成员尝试提取斑马鱼的肠道里的微生物，实验并不容易，比如提取过程中，还提取出了斑马鱼肚子里的食物，这让实验变得更加复杂。
经过几番失败，小组成员们终于得到结果，在斑马鱼肠道内发现了不少与人类肠道相关的细菌，比如变形菌门、厚壁菌门等。16S测序数据显示，这些微生物在健康与多动症斑马鱼体内有着明显的变化，比如变形菌门，一些则没有变化，比如厚壁菌门，而人类多动症患者中，起着主要影响的拟杆菌门未在斑马鱼体内发现。
实验结果展示斑马鱼的肠道微生物群与人体中很多的相似度，这也进一步满足了小组成员在做课题前的期待，希望斑马鱼能成为解决人类心理疾病的模型。
用DNA条形码探索蜘蛛网微生物群系的进化差异
课题名称：
Using DNA Barcoding to explore the evolutionary differences in spider web microbiomes
学员海报 图片来源：冷泉港亚洲DNA学习中心
小组成员：
徐州一中国际部 王慕尧，苏州工业园区德威联合书院 严嘉豪，苏州外国语学校 陶林灏
图片来源：冷泉港亚洲DNA学习中心
生活中，我们经常会在不同的角落看到一些蜘蛛网，你有没有好奇过这些蜘蛛网有什么区别，它们的主人又有什么差异呢？这一组学员期待通过研究蜘蛛网为你呈现不一样的视角。
尽可能丰富的样本是实验的第一步，经过苦苦寻找，小组成员们终于在门后、树上等不同的角落，获得了6只蜘蛛及蜘蛛网。
小组成员提取了这些蜘蛛的DNA，经过凝胶电泳、PCR扩增、DNA测序分析等系列实验，得出结论，6只蜘蛛来自3个科，每个科的蜘蛛在进化的历史上演变出不同的生活习性，使得他们有的喜欢在门后结网，有的喜欢在树上结网，而有的则不结网，比如跳蛛。回到开始的问题，你在生活中见到森林里的蜘蛛网和室内的蜘蛛网，它们的主人并不相同。
小组成员进一步用试剂盒提取出蜘蛛网上微生物群系的DNA，并通过宏条形码Meta Barcoding技术进行了蜘蛛网细菌类群的差异性比较。经过实验分析，虽然蜘蛛网来自不同的蜘蛛，不过都由同一种细菌作为主导，附带了几种其它的细菌。实验中，小组成员还发现，蜘蛛网上的细菌可以增强其延展性，他们期待将来有机会能扩大样本量，进一步验证。
特别版块：我们有话说
一流的实验设施和教师资源为学员们最终完成课题提供了充足的保障，从对实验器材的陌生，到熟能生巧，从成员彼此陌生到小组紧密配合，学员们感受了一次特别的项目式学习体验。
图片来源：冷泉港亚洲DNA学习中心
学员收获：
严逸欣：在这里最大的感受是学习方式的改变。以前做的多是验证性实验，已经提前知道实验结果，只需根据规定好的框架去做实验。而这两周我们做的是假设性实验，根据自己的设想，综合以前学到的知识去灵活运用，分析问题、解决问题的方式正是项目式学习的特别之处。
陶林灏（参与过中心多个营地的学员）：以前对生物没有概念，在这里通过一系列的营地萌发了对于生物的兴趣，系统地感受了生物学科的奥秘，这一次的条形码项目式研究与以往的营地也有很大的不同，对于未来大学选科有很大的指导意义。
浦睿恒：我从小就喜欢各种小动物，这次的学习就是一个很好的机会，先进的仪器和设备可以很好的帮助我们做科研。
王一诺：当凝胶电泳实验呈现出那些蓝色的条带时，说明我们的蚂蚁DNA提取复制成功了，这关系着我们是否能鉴定这个物种，这也是我最激动的时刻！
教师点评：
Jeffry（美国冷泉港实验室DNA学习中心教师） ：很荣幸跟大家合作完成今年的项目，特别要感谢Oxford Nanopore technology公司对纳米孔测序试剂的帮助。
王心悦（冷泉港亚洲DNA学习中心教师）：跟了这么多年的条形码，相较于往年，今年营地最大的创新点是结合使用到了常规条形码技术和宏条形码技术，从环境中采集宏条形码是当前很热门的领域！
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