eDNA专题|eDNA Metabarcoding揭示不同海洋栖息地之间物种差异

eDNA宏条形码技术越来越多地被应用于环境中物种检测,尤其是水体生态系统。

近日,研究人员通过eDNA宏条形码技术检测了高度动态、温带沿海生态系统中的鱼类甲壳类动物和真核生物,从而了解eDNA沿海栖息中的传播以及生物多样性

实验设计

1、取样点:新西兰奥塔戈海岸,SB-沙滩;RS-多岩石海岸;MF-泥滩;OW-地表水。共12个样品(下图)。
取2L水样,过1.2um滤膜,提取DNA
2、宏条码设计:设计鱼类和甲壳类动物16S rRNA条形码,真核生物CO1(细胞色素C氧化酶压机1)条形码检测生物多样性。
3、数据库:NCBI

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研究结果

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测序数据

通过16SCO1宏条码测序得到reads数如下表。通过OTU聚类以及BLAST比对共保留了99个分类群,鉴定到86个属,归属于77个家族和11个门。真核生物(COI)鉴定中褐藻门(24.6%),红藻门(17.5%),脊索动物(15.8%),软体动物(15.8%)和海绵动物(10.5%)。检测到的剩余门是硅藻(5.3%),环节动物(5.3%),节肢动物(1.8%),刺胞动物(1.8%)和棘皮动物(1.8%)。COI宏条码与16S检测目标群体结果存在重叠。

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不同栖息地的物种多样性

结合所有metabarcoding测定的结果,不同栖息地中检测到的物种分类(下图A)和OTU(下图B)的数量不同。MF-泥滩样本中OTU丰富度最大(2069),然而BLAST鉴定结果最少;RS-岩石样本中物种最丰富度。相比之下,在所有采样的沿海栖息地之间,沙滩的OTU505 112.1)和分类群(26.5 1.7)的丰富度最低。两个地表水(OW 1OW 2)样点的多样性最低。

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不同栖息地的物种群落结构

样本栖息地的群落组成也不同,表明源自不同地点的eDNA群落结构具有栖息地适应性。主坐标分析(PCoA)以及UPGMA聚类分析军表明岩石海岸样本物种分类最丰富的,与在其他地点采集的样本高度不同(下图)。

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eDNA受到生境限制和指示物种的影响

指示物种的存在或不存在能够反映环境条件。研究确定了12种指示物种:鱼(16S),2个;甲壳动物(16S),1个;真核生物(COI),9个。五种指示物种被归类为与泥滩相关的分类群包括Austrovenus sp., Gracilaria sp., Pyropia sp.等,七种与岩石海岸相关包括Bovichtus sp., Nemalion sp., Porphyra sp., Bostrychia sp.等。研究中并没有确定沙滩和代表水域栖息地相关的指示物种。所有指示物种的生态描述显示出eDNA信号具有强列的空间栖息地偏好性。指示物种在优选栖息地达到峰值,并在周围的栖息地显着减少(下图)。

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总 结

研究获得了靶向16S(鱼)和16S(甲壳类)测定鉴定了42个分类群,其属于真核生物(COI)宏条码测定的理论覆盖范围,该结果证明了针对多种分子标记物的eDNA条形码调查的水体物种多样性的有用性。研究从高度海洋动态的沿海环境中采集的环境样本中获得了强烈定位的eDNA信号表明eDNA调查能够显著改进传统的监测技术。当然,垂直分带时间稳定性非生物影响eDNA持久性以及eDNA信号强度和真实丰度之间的相关性仍然存在挑战越来越多的研究已证实eDNA条码调查将成为海洋环境管理和保护的有力工具。



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【参考文献】
Environmental DNA (eDNA) metabarcoding reveals strong discrimination among diverse marine habitats connected by water movement. Molecular Ecology Resource, 2019.
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