Environmental DNA (eDNA) sampling, the detection of species-specific genetic material in water samples, is an emerging tool for monitoring aquatic invasive species. Optimizing eDNA sampling protocols can be challenging because there is imperfect understanding of how each step of the protocol influences its sensitivity. This paper develops a probabilistic model that characterizes each step of an eDNA sampling protocol to evaluate the protocol's overall detection sensitivity for one sample. The model is then applied to analyse how changes over time made to the eDNA sampling protocol to detect bighead (BH) and silver carp (SC) eDNA have influenced its sensitivity, and hence interpretation of the results. The model shows that changes to the protocol have caused the sensitivity of the protocol to fluctuate. A more efficient extraction method in 2013, new species-specific markers with a qPCR assay in 2014, and a more efficient capture method in 2015 have improved the sensitivity, while switching to a larger elution volume in 2013 and a smaller sample volume in 2015 have reduced the sensitivity. Overall, the sensitivity of the current protocol is higher for BH eDNA detection and SC eDNA detection compared to the original protocol used from 2009 to 2012. The paper shows how this model of eDNA sampling can be used to evaluate the effect of proposed changes in an eDNA sampling and analysis protocol on the sensitivity of that protocol to help researchers optimize their design.

中文翻译：

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用于设计和评估eDNA采样协议性能的概率模型。

环境DNA（eDNA）采样是对水样本中特定物种遗传物质的检测，是一种监测水生入侵物种的新兴工具。优化eDNA采样协议可能具有挑战性，因为对协议的每个步骤如何影响其灵敏度的理解还不完善。本文开发了一种概率模型，该模型表征了eDNA采样方案的每个步骤，以评估该方案对一个样品的整体检测灵敏度。然后将该模型应用于分析检测DNA鱼（BH）和silver鱼（SC）eDNA的eDNA采样协议随时间的变化如何影响其灵敏度，从而解释结果。该模型表明，对协议的更改已导致协议的敏感度发生波动。2013年更高效的提取方法，2014年采用qPCR分析的新物种特异性标记以及2015年更高效的捕获方法提高了灵敏度，而2013年切换为更大的洗脱体积和2015年更小的样品体积降低了灵敏度。总体而言，与2009年至2012年使用的原始协议相比，当前协议对BH eDNA检测和SC eDNA检测的敏感性更高。 eDNA采样和分析协议对协议的敏感性，可帮助研究人员优化设计。而在2013年改用更大的洗脱体积，在2015年改用较小的样品体积降低了灵敏度。总体而言，与2009年至2012年使用的原始协议相比，当前协议对BH eDNA检测和SC eDNA检测的敏感性更高。 eDNA采样和分析协议对协议的敏感性，可帮助研究人员优化设计。而在2013年改用更大的洗脱体积，在2015年改用较小的样品体积降低了灵敏度。总体而言，与2009年至2012年使用的原始协议相比，当前协议对BH eDNA检测和SC eDNA检测的敏感性更高。 eDNA采样和分析协议对协议的敏感性，可帮助研究人员优化设计。