DNA-streckkodning vid kostbedömning

DNA-streckkodning vid dietbedömning är användningen av DNA-streckkodning för att analysera organismers diet . och ytterligare upptäcka och beskriva deras trofiska interaktioner . Detta tillvägagångssätt är baserat på identifiering av konsumerade arter genom karakterisering av DNA som finns i dietprover, t.ex. enskilda matrester, uppstötningar, tarm- och fekala prover, homogeniserad kropp av värdorganismen, mål för dietstudien (till exempel med hela kroppen av insekter ).

Vilken metod för DNA-sekvensering som ska användas beror på målkonsumentens dietbredd . För organismer som livnär sig på en eller endast ett fåtal arter kan traditionella Sanger-sekvenseringstekniker användas. För polyfaga arter med diet som är svårare att identifiera, är det tänkbart att bestämma alla konsumerade arter med hjälp av NGS-metodik .

Streckkodsmarkörerna som används för amplifiering kommer att skilja sig beroende på målorganismens kost . För växtätares dieter kommer standard-DNA-streckkoderna att skilja sig avsevärt beroende på växtens taxonomiska nivå . För att identifiera växtvävnad på taxonomisk familj eller släktnivå används därför markörerna rbcL och trn-L-intron, vilka skiljer sig från loci ITS2 , matK , trnH-psbA (icke-kodande intergenisk spacer) som används för att identifiera dietartiklar till släktet och artnivå . För bytesdjur är de mest använda DNA-streckkodsmarkörerna för att identifiera dieter mitokondriella cytokrom C-oxidas ( COI ) och cytokrom b ( cytb ). När kosten är bred och varierad, används DNA- metabarcoding för att identifiera de flesta av de konsumerade föremålen.

Fördelar

En stor fördel med att använda DNA-streckkodning vid dietbedömning är förmågan att ge hög taxonomisk upplösning av konsumerade arter. I själva verket, jämfört med traditionell morfologisk analys, möjliggör DNA-streckkodning en mer tillförlitlig separation av närbesläktade taxa, vilket minskar den observerade biasen. Dessutom gör DNA-streckkodning det möjligt att upptäcka mjuka och starkt smälta föremål, som inte går att känna igen genom morfologisk identifiering. Spindeldjur livnär sig till exempel på försmälta kroppar av insekter eller andra smådjur och deras maginnehåll är för nedbrutet och morfologiskt oigenkännligt med traditionella metoder som mikroskopi .

När man undersöker växtätares diet, möjliggör DNA- metabarcoding detektion av mycket smälta växtföremål med ett högre antal taxa identifierade jämfört med mikrohistologi och makroskopisk analys. Till exempel, Nichols et al. (2016) lyfte fram den taxonomiska precisionen av metabarcoding på vominnehåll , med i genomsnitt 90 % av DNA-sekvenserna som identifieras till släkte eller artnivå i jämförelse med 75 % av växtfragmenten igenkända med makroskopi. Morevoer, en annan empiriskt testad fördel med metabarcoding jämfört med traditionella tidskrävande metoder, innebär högre kostnadseffektivitet. Slutligen, med sin fina upplösning, representerar DNA-streckkodning ett avgörande verktyg i förvaltningen av vilda djur för att identifiera matvanor hos utrotningshotade arter och djur som kan orsaka utfodringsskador på miljön.

Utmaningar

Med DNA-streckkodning går det inte att hämta information om kön eller ålder på bytesarter, vilket kan vara avgörande. Denna begränsning kan hur som helst övervinnas med ett ytterligare steg i analysen genom att använda mikrosatellitpolymorfism och Y-kromosomamplifiering . Dessutom ger DNA detaljerad information om de senaste händelserna (t.ex. 24–48 timmar), men det kan inte ge en längre kostprospekt om inte en kontinuerlig provtagning görs. Dessutom, när man använder generiska primrar som amplifierar streckkodsregioner från ett brett spektrum av födoämnen, kan det amplifierbara värd-DNA:t i stort sett överstiga närvaron av bytes-DNA, vilket komplicerar bytesdetektion. En strategi för att förhindra värd- DNA-amplifiering kan dock vara tillägget av en predatorspecifik blockerande primer . Blockerande primrar för att undertrycka amplifiering av predator-DNA tillåter faktiskt amplifiering av de andra ryggradsdjursgrupperna och producerar amplikonblandningar som huvudsakligen är födo-DNA.

Trots förbättringen av kostbedömningen via DNA-streckkodning, utgör sekundär konsumtion (bytesdjur, parasiter, etc.) fortfarande en förvirrande faktor. Faktum är att vissa sekundära bytesdjur kan resultera i analysen som primära bytesobjekt, vilket introducerar en bias . Men på grund av en mycket lägre total biomassa och en högre nivå av nedbrytning, kan DNA från sekundära bytesdjur representera endast en mindre del av sekvenser som återvinns jämfört med primära bytesdjur.

Den kvantitativa tolkningen av DNA-streckkodningsresultat är inte okomplicerad. Det har gjorts försök att använda antalet sekvenser för att uppskatta förekomsten av bytesarter i dietens innehåll (t.ex. tarm, avföring). Till exempel, om vargen åt mer älg än vildsvin, borde det finnas mer älg-DNA i deras tarm, och därmed återvinns fler älgsekvenser. Trots bevis för generella korrelationer mellan sekvensnumret och biomassan har faktiska utvärderingar av denna metod inte lyckats. Detta kan förklaras av att vävnader ursprungligen innehåller olika densiteter av DNA och kan smältas på olika sätt.

Exempel

Däggdjur

Däggdjurens kost studeras brett med hjälp av DNA-streckkodning och metabarcoding . Vissa skillnader i metodiken kan observeras beroende på utfodringsstrategin för måldäggdjursarten, dvs om det är växtätare , köttätare eller allätare .

För växtätande däggdjursarter extraheras DNA vanligtvis från avföringsprover eller vommens innehåll från vägdödar eller djur som dödats under vanlig jakt. Inom DNA-streckkodning trn L-metoden användas för att identifiera växtarter genom att använda ett mycket kort men informativt fragment av kloroplast-DNA (P6-loop av kloroplast trnL (UAA) intron ). Potentiellt är denna applikation tillämpbar på alla växtätande arter som livnär sig på angiospermer och gymnospermer . Alternativt till trn L-metoden kan markörerna rbcL , ITS2 , matK , trnH-psbA användas för att amplifiera växtarter.

När man studerar små växtätare med en kryptisk livsstil, såsom sorkar och lämlar , kan DNA-streckkodning av intagna växter vara ett avgörande verktyg som ger en korrekt bild av matanvändningen. Dessutom tillåter den fina upplösningen i växtidentifiering som erhålls med DNA-streckkodning forskare att förstå förändringar i kostsammansättning över tid och variationer mellan individer, som observerats i alpina sämskskinn (Rupicapra rupicapra). Mellan oktober och november, genom att analysera avföringens sammansättning via DNA-streckkodning, visade alpina sämskskinnarna en förändring i kostpreferenser. Dessutom observerades olika dietkategorier bland individer inom varje månad.

Avföring från varg (Canis lupus) samlad i Sverige

För köttätare är användningen av icke-invasiva metoder avgörande, särskilt när man hanterar svårfångade och hotade arter . Dietbedömning genom DNA-streckkodning av avföring kan ha en större effektivitet vid detektering av bytesarter jämfört med traditionell dietanalys, som mestadels bygger på morfologisk identifiering av osmält hårda rester i avföringen. Uppskattning av mångfalden av ryggradsdjursdieten hos leopardkatten ( Prionailurus bengalensis ) i Pakistan, Shehzad et al. (2012) identifierade totalt 18 bytesdjur med hjälp av DNA-streckkodning på avföring. Åtta distinkta fågeltaxa rapporterades, medan tidigare studier baserade på konventionella metoder inte identifierade några fågelarter i leopardkattens kost. Ett annat exempel är användningen av DNA-streckkodning för att identifiera mjuka rester av bytesdjur i maginnehållet hos rovdjur, t.ex. gråsäl ( Halichoerus grypus ) och tumlare ( Phocoena phocoena ).

DNA-metabarcoding är en game changer för studiet av komplexa dieter, till exempel för allätare rovdjur, som livnär sig på många olika arter med både växt- och animaliskt ursprung. Denna metod kräver inte kunskap om maten som konsumeras av djur i den livsmiljö de upptar. I en studie om brunbjörns ( Ursus arctos ) diet tillät DNA-metabarcoding exakt rekonstruktion av ett brett spektrum av taxonomiskt olika föremål som finns i fekala prover som samlats på fältet.

Fisk

Rekonstruktion av matnät med DNA-streckkoder vid korallrevet i Moorea , Franska Polynesien. Dietfördelning mellan tre rovfiskarter som upptäckts med hjälp av metabarcoding dietanalys . Den taxonomiska upplösningen som tillhandahålls av metabarcoding-metoden framhäver en komplex interaktionsväv och visar att nivåerna av trofisk uppdelning bland korallrevsfiskar sannolikt har underskattats.

Se även

• Fisk DNA-streckkodning
• Vattenlevande makroryggradslösa djur DNA-streckkodning
• Mikrobiell DNA-streckkodning
• Alger DNA-streckkodning
• Pollen DNA-streckkodning