eDNA专题|海洋森林生态系统中的eDNA

海带森林生态系统有着惊人的生物多样性和生产多样性，但物种丰富度和成分的模式难以监测和比较。甲壳类珊瑚藻是一系列海带森林物种繁殖沉降的重要基质，而珊瑚覆盖的鹅卵石是数百种大型海洋动物和藻类的家园。本研究中，研究人员从鹅卵石中获取了大量环境DNA，通过DNA metabarcoding技术来探索加利福尼亚中部海岸的海藻森林中的物种多样性。

1、采样地点：美国加利福尼亚州蒙特利半岛三个地点，即Hopkins（n = 40），Lovers Point（n = 42）和Point Pinos（n = 24）。

2、样品采集：在不同深度（10, 20, 30和40英尺）的水肺潜水收集覆盖有甲壳类珊瑚和其他生物的鹅卵石。进入10%乙醇10 min，轻轻擦洗每个鹅卵石以去除幼虫定居者。将来滤液过80-μm筛网，滤液保存。

3、DNA提取：通无菌0.45-μm硝酸纤维素膜过滤器。

4、特异性引物：

5、测序方法：Illumina MiSeq。

1、海洋森林生态系统生物多样性

三个样点鹅卵石多样性分布在24个门中，41%的MOTU不能通过使用生态标签的分类学分配方法归类到Phylum或更低。节肢动物门、软体动物门、环节动物门、环藻门和棘皮动物门生物富集。在物种水平上，与特定物种匹配> 95％的5个MOTU占Reads的2％，包括甲藻（Hematodinium sp.）、巨型海藻（Macrocystis pyrifera）、珊瑚红藻（Calliarthron tuberculosum）、片脚类（Photis sp.）和棘皮动物（Ophiopteris papillosa）。

2、基于Reads丰度的生态模式

基于Bray-Curtis差异的NMDS分析显示采样位点之间没有显着差异。MOTU序列的最佳拟合最大似然树（下图）表明，棘皮动物的比对相似性最高（>95%），其在Lovers Point位点富集（66%）；类似地，红藻门相似性为95~85%，在Hopkins（63%）的鹅卵石上最丰富；只有18%的节肢动物MOTU的相似性> 85%，在Point Pinos（64%）处出现的相对丰度较高。

动物分类群随着深度的增加而增加，而红藻分类群随着深度的增加而减少。研究的34个棘皮动物类群中，24个随着深度的增加而增加，只有10个减少，这表明群落DNA数据检查生态关系可能会关注物种之上的分类水平。

3、存在/不存在Metabarcoding（PAM）占用

研究发现鹅卵石上的分类群的Reads数目与发现该分类单元的鹅卵石数量之间存在强烈的正相关关系（下图）。研究中有10个分类群出现在93~87个鹅卵石上，包括巨型海藻（M. pyrifera）、片脚类动物（A. columbiae）、节肢动物（S. knabeni）等。这表明PAM对于中度占有率的分类群可能是最准确的，并且应该调整采样单元的大小以减少无处不在的物种的数量。例如本研究中中，752个中有209个MOTU（27%）占不到20%的鹅卵石，752个中有508个MOTU（67%）占不到80%，这表明中小尺寸的鹅卵石是研究海带生物多样性一个有效的采样单位。。

4、与其他本地数据集进行比较

将本研究结果（Seaset）与其他两种类型调查数据比较。研究人员在2012年从WRMS样本中记录了138个属，其中42个与教学数据库重叠。同样，2012年PISCO调查记录了69个属，其中49个属于Seanet数据集。三个数据集之间共享的15个属，WRMS和PISCO数据集之间广泛一致，其中Patiria miniata和Pisaster gigantea是最丰富的。

PISCO与PAM宏条码数据之间存在显着的正相关关系，这表明PISCO与PAM数据之间存在一致性。而PAM估计的物种丰度是更准确；PISCO数据显示大型生物的物种丰度更高。例如，与更隐蔽的海星相比，PISCO数据集中色彩鲜艳的Patiria miniata更为丰富。对NCBI数据库的搜索显示，没有Cystoseira osmudacea，Megathura crenulate或Telia lofotensis的代表性序列，因此我们无法用COI数据准确检测。

本研究对来自加利福尼亚中部三个地点的海带森林生态系统中97个鹅卵石的DNA宏条码检测显示，存在752个MOTU，其中53个MOTU能够归类到物种水平，与当前数据库的相似性> 95%。与2012年经典生态调查数据比较表明，使用鹅卵石DNA Metabarcoding检测物种可作为其当地海洋生物丰度的量度。这种方法提供了一种快速、可重复的调查方法，可用于跨系统的生物多样性评估，以揭示不同生态干扰的影响以及海洋保护区所起的作用。