Океан в чашке: экологическая ДНК успешно отражает морское биоразнообразие

Измерение морского биоразнообразия с помощью «экологической ДНК» — применение секвенирования генов в биологии окружающей среды — должно позволить быстро оценить изменения в морской жизни. Это делает экологическую ДНК (eDNA) важным инструментом для управления нашей реакцией на изменение климата. Но eDNA работает хорошо, только если соблюдаются ключевые этапы внедрения, согласно новому исследованию Лос-Анджелеса и района Лонг-Бич, опубликованному в журнале. PeerJ.

«Что нам нужно знать, чтобы использовать эДНК в прибрежной зоне океана, и можем ли мы заставить ее хорошо работать в важных городских условиях? Это вопросы, которые побудили нас начать это исследование», — сказала Регина Ветцер, куратор и директор исследования. Центр морского биоразнообразия в Музее естественной истории округа Лос-Анджелес (NHM).

Ответы на эти вопросы включали вклад музея естественной истории, нескольких академических учреждений, консультантов по окружающей среде и государственных учреждений, что подчеркивало проблемы, связанные с использованием эДНК, а также широкий интерес к ее использованию.

eDNA использует генетическое секвенирование образцов из окружающей среды (в данном случае из океанской воды) для инвентаризации биоразнообразия. «Есть гены, которые достаточно различаются между видами, чтобы их можно было использовать в качестве идентификационных маркеров. Каждый организм теряет ДНК, сбрасывая клетки кожи или другие материалы, поэтому мы можем взять чашку с морской водой, секвенировать содержащуюся в ней ДНК и использовать ее для инвентаризации. организмов в этом районе», — сказал Зак Голд, ведущий автор исследования.

Соседние порт Лос-Анджелеса и порт Лонг-Бич образуют один из крупнейших портовых комплексов в мире и представляют большой экологический интерес. Это сделало его интересным местом для проверки способности eDNA выступать в качестве эффективного инструмента для оценки биоразнообразия.

В этом исследовании совмещались отбор проб эДНК и отбор проб обычной корабельной траловой сетью на семи участках портового комплекса. На каждом участке исследователи собрали несколько образцов эДНК, каждый объемом около одного литра морской воды, непосредственно перед тем, как траловую сеть буксировали по тому же району. Это позволило провести сравнение между эДНК и традиционными методами оценки биоразнообразия: эДНК обнаружила почти все 17 видов рыб, обнаруженных в тралах, а также обнаружила еще 55 местных видов рыб. Обнаружение этих дополнительных видов с помощью обычного отбора проб требует гораздо большего количества пробоотборных поездок и очень высоких затрат.

«Мы были рады видеть, что eDNA подтверждена наряду с «обычным» отбором проб, но мы были очень рады видеть дополнительную информацию, полученную от eDNA», — сказал Дин Пенчефф, исследователь и руководитель программы Инициативы по разнообразию для Южно-Калифорнийского океана (DISCO). ) в НХМ. Но получение этой дополнительной информации зависело от наличия полной генетической справочной библиотеки для всех рыб в этом районе — генетическая последовательность в образце эДНК может быть разрешена до вида только в том случае, если для этого вида в файле есть эталонная последовательность. Все рыбы в образцах эДНК в этом исследовании были разрешены только после того, как исследователи добавили несколько последних ссылок на рыб в библиотеку последовательностей.

Образцы эДНК из разных мест в портах дали инвентаризацию разных видов на статистически значимом уровне. Это дало ответ на важный вопрос: может ли эДНК измерять изменчивость на такой небольшой территории, как портовый комплекс, или морская вода смешивается настолько тщательно, что локальные различия полностью размываются? Это исследование показало, что эДНК в этой океанской среде может выявить различия между местами, находящимися на расстоянии нескольких сотен метров друг от друга.

На основе этого пилотного проекта авторы составили набор рекомендаций для менеджеров, рассматривающих использование eDNA в качестве инструмента для оценки биоразнообразия. Рекомендации охватывают тщательный отбор идентифицирующих генов и конкретные советы о том, как очистить данные о последовательности из образцов эДНК перед поиском совпадений последовательностей. Благодаря успешному разрешению видов, полученному в результате создания полной справочной библиотеки последовательностей, основной рекомендацией является создание региональных справочных баз данных.

«Эти образцы окружающей среды подобны капсулам времени, которые мы сможем использовать в будущем», — сказал Адам Уолл, менеджер коллекций ракообразных в NHM. Это мнение вызвало еще одну рекомендацию группы: архивировать образцы эДНК и данные о последовательности для долгосрочного использования. По мере совершенствования технологии секвенирования из образцов может поступать дополнительная информация. По мере совершенствования методов анализа генетических данных и расширения библиотек генетических ссылок данные о последовательности могут быть снова проанализированы, чтобы получить дополнительные результаты, помимо инвентаризаций рыб, опубликованных в этом исследовании.