Suda yaşayan makroomurgasız DNA barkodlama - Aquatic macroinvertebrate DNA barcoding
| Bir serinin parçası |
| DNA barkodlama |
|---|
|
| takson tarafından |
| Başka |
DNA barkodlama , geleneksel morfolojik taksonomik sınıflandırmaya alternatif bir yöntemdir ve suda yaşayan makroomurgasızların türlerini tanımlamak için sıklıkla kullanılmıştır (genellikle büyütme olmadan görülebilecek kadar büyük olanlar olarak kabul edilir). Birçok önemli olan gösterge organizmalar : tatlı su (örneğin bir bioassessment içinde Ephemeroptera , Plecoptera , Trichoptera ve deniz (örn) Annelidler , derisi dikenliler , Yumuşakçalar ) ekosistemler.
Tanıtıldığından bu yana, DNA barkodlama alanı, geleneksel taksonomi ile moleküler sistematiği arasındaki boşluğu kapatmak için olgunlaştı. Bu teknik, özellikle şifreli, küçük veya nadir türler için daha ayrıntılı taksonomik bilgi sağlama yeteneğine sahiptir. DNA barkodlama, çoğu hayvan türünde bulunan ve korunan, ancak farklı türlerin üyeleri arasında yüksek varyasyona sahip olan gen bölgelerinin spesifik olarak hedeflenmesini içerir. Doğru teşhis, türler arasındakine kıyasla düşük tür içi varyasyona bağlıdır, Sitokrom Alt Birim Oksidaz I geni (COI) gibi kısa bir DNA dizisi , bir bireyin bir taksona kesin olarak tahsis edilmesini sağlar .
metodoloji
Tür ayrımı için DNA dizi farklılığını kullanma kavramı daha önce bildirilmiş olsa da, Hebert ve ark. (2003), türleri moleküler olarak ayırt etme yöntemi olarak DNA barkodunun standardizasyonunu önermede öncülerdi .
DNA barkodlama için numune toplama, numunelerin yüksek konsantrasyonda (>%70) etanolde muhafaza edilmesi gerektiği gerçeği dışında, geleneksel yöntemlerden farklı değildir. Bentik numunelerin formalin içinde saklanmasına ilişkin tipik protokolün DNA bütünlüğü üzerinde olumsuz bir etkisi olduğu belirtilmiştir.
Makroomurgasızları barkodlamak için anahtar kavram, uygun gen bölgelerini PCR teknikleri kullanarak amplifiye etmek için uygun DNA markörlerinin (DNA barkod bölgesi) seçilmesidir . DNA barkod bölgesinin ideal olarak bir tür içinde korunması gerekir, ancak farklı (hatta yakından ilişkili) türler arasında değişkendir ve bu nedenle dizisi, türe özgü bir genetik etiket işlevi görmelidir. Bu nedenle, işaretleyicinin seçimi önemli bir rol oynar. Sitokrom Alt Birim Oksidaz I geni (COI), makroomurgasızların barkodlanmasında en yaygın kullanılan belirteçlerden biridir. Kullanılabilecek diğer işaretçiler, 16S ve 18S ribozomal RNA genleridir .
Ayrıca, omurgasızları farklı boyut kategorilerine ayırmak faydalıdır, çünkü bir numunedeki numuneler, türlere ve yaşam evresine bağlı olarak biyokütle açısından büyük farklılıklar gösterebilir.
Yöntemlerle ilgili daha fazla ayrıntı için bkz. DNA barkodlaması .
DNA metabarkodlama
Suda yaşayan makroomurgasız topluluklarını oluşturan önemli sayıda takson nedeniyle, toplu veya su numuneleri içindeki farklı taksonları değerlendirmek için genellikle DNA metabarkodlama yöntemi kullanılır. DNA metabarkodlama, yüksek verimli dizileme (HTS) teknolojilerinin kullanılmasıyla ayırt edilen, DNA barkodlama ile aynı iş akışından oluşan bir yöntemdir . Çeşitli taksonomik grupların değerlendirilmesinde ve izlenmesinde DNA metabarkodlamanın potansiyeli, çeşitli çalışmalarda başarıyla gösterilmiştir. Çok sayıda araştırmacı, doku örneklerinden bentik makroomurgasızları sınıflandırmak için metabarkodlama yöntemlerini kullanmış, bu da fizibilitesini ve klasik taksonomi yöntemlerinden daha yüksek duyarlılığını göstermektedir. Diğerleri, makroomurgasız türleri değerlendirmesi dahil olmak üzere deniz ekosistemlerinde ve tatlı su biyoçeşitlilik çalışmalarında su kalitesini değerlendirmek için çevresel örneklerde yeni nesil dizileme (NGS) teknolojilerinin kullanımını doğrular . Bu teknolojilerin çevresel örneklerdeki uygulamaları sürekli artmaktadır. Son çalışmaların çoğu, gelişen eDNA yaklaşımlarının uygulanmasına, saha doğrulamasına, platform ve barkod seçimine veya veritabanı sınırlamalarına dayanmaktadır .
Uygulama ve zorluklar
Makroomurgasızlar (meta)barkodlama yöntemleri genellikle şu alanlarda kullanılır:
- Biyoçeşitlilik değerlendirmesi. Çok sayıda makroomurgasız türü nedeniyle, numune işleme (ayırma ve tanımlama) zahmetli ve genellikle değerlendirme sırasında hatalara yol açabilecek zor bir iştir.
- Çevresel izleme programları. Aynı sistem içindeki makroomurgasızlar, her organizmanın ömrüne bağlı olarak birkaç aydan birkaç yıla kadar yerleşik olabilir. Sonuç olarak, makroomurgasız topluluklar, su ekosistemlerinde kirleticilerin kronik etkilerini yansıtacak kadar uzun ve su kalitesindeki nispeten akut değişikliklere yanıt verecek kadar kısa yaşarlar. Makroomurgasızların sınırlı hareketliliği ve olumsuz koşullardan uzaklaşamamaları nedeniyle, kronik kirlilik kaynaklarının yeri genellikle bu organizmaların toplulukları karşılaştırılarak belirlenebilir.
- Yabancı türlerin tespiti . İnvazyon süreçleri çalışmalarında eDNA ve (meta) barkodlama tekniklerinin uygulanması sürekli artmaktadır.
- Tür tanımlama. 'Tür' düzeyinde tanımlama, yüksek düzeyde taksonomik uzmanlık gerektirir. Makroomurgasızların farklı gelişim aşamalarını , özellikle suda yaşayan makroomurgasızlar için uygun tanımlama anahtarlarının bulunmaması nedeniyle uzmanlar için bile morfolojik olarak tanımlamak genellikle zordur . Örneğin bazı suda yaşayan omurgasız taksonları için taksonomik tanımlama yalnızca erkekler ve bazı geç dönemler için mümkündür, ancak barkodlamanın geleneksel taksonomiyle birleştirilmesi biyolojik tanımlama için sağlam bir çerçeve sağlar. Çoğu zaman, türler morfolojik olarak şifreli oldukları, benzer oldukları veya daha az bilinen grupları temsil ettikleri için tanımlanamaz. Morfolojik ve moleküler verilerin birleştirilmiş analizinin, "bütünleştirici taksonomi" olarak adlandırılan şeye en iyi çözümü sağlayabileceği öne sürülmüştür. Odonatlar, özellikle yusufçuklar (Anisoptera) ve kızböcekleri (Zygoptera) gibi farklı gruplar üzerinde barkodlama veya metabarkodlama yaklaşımları kullanan çok sayıda çalışma, belirteçlerin kombinasyonunu kullanma önerisiyle.
- Stres tepkisi. Biyolojik izleme amaçları için genellikle daha yüksek bir taksonomik düzeyde birleştirilen bireysel tatlı su omurgasız türleri, stres faktörlerine karşı toleranslarında önemli ölçüde farklılık gösterebilir ve cins düzeyinde gözlemlenenden daha karmaşık şekillerde tepki verebilir. DNA barkoduna dayalı tanımlamalar, akış koşullarındaki küçük değişikliklerin saptanmasını iyileştirme potansiyeline sahiptir. Son sonuçlar, DNA barkodlamanın taksonomik çözünürlüğü artırabileceğini ve böylece biyo-değerlendirme ölçütlerinin duyarlılığını artırabileceğini göstermiştir.
Suda yaşayan makroomurgasızların genetik barkodlanması söz konusu olduğunda da birçok zorluk vardır :
- Referans kütüphaneleri . DNA barkodlarının referans kütüphanelerinin mevcudiyeti, türlerin tanımlanmasında çok önemlidir.
- Veritabanlarında eksik türler. Mevcut türler hakkındaki bilgiler genellikle tam değildir veya derinlik, örnekleme tekniği, tuzluluk vb. gibi ekolojik parametrelerle ilişkili değildir.
- Veri kalitesinin doğrulanması . Veritabanlarının kayıtları genellikle derlenmez.
- Eski taksonomi . Veritabanlarındaki türler bazen eski taksonomiyle (örneğin eşanlamlılar) adlandırılabilir.
- Tür çeşitliliğinin nicel ölçümü (biyokütle ve türlerin bolluğunun tahmini).
- DNA bilgisi eksik . Daha önceki literatürdeki türler, yalnızca doğrulamak için hiçbir DNA örneğinin bulunmadığı taksonomik özelliklerle tanımlanır.
- Teknik zorluklar örneğin farklı organizma, belirteçleri, uygun primer bağlayıcı siteler, taksonomik kapsama değerlendirilmesi gibi konserve edilmiş bölgede primer tasarımı (identication barkod uygun bir DNA seçimi ile çalışırken farklı protokoller uygulamak için ihtiyaç olarak, dikkate alınması gereken güçlendirilmiş bölgelerin taksonları aile düzeyinde çözme yeteneği, vb.).
- Sıralama ile ilgili maliyetler .