使用eDNA測序來調查池塘雜草的多樣性

生物多樣性的生態(tài)調查提供了關于物種發(fā)生和生態(tài)系統(tǒng)健康的基本基線信息，但可能需要大量的勞動力和生物分類專業(yè)知識才能開展。然而，由于近年來高通量DNA測序的成本急劇下降，來自環(huán)境樣品(eDNA)的DNA已成為生物多樣性數(shù)據的成本效益來源。在最近一期植物科學應用報告中，圭爾夫大學的Maria Kuzmina博士及其同事們展示了用于鑒定水生植物多樣性的eDNA測序的可行性。

傳統(tǒng)上，生物多樣性的生態(tài)調查需要分類專家和經過培訓的非專家進行數(shù)小時的艱苦工作，為物種確定大量標本基于形態(tài)學的水平。一旦設計了eDNA測序研究，添加更多的eDNA樣本相對簡單且便宜，因此該方法提供了通過傳統(tǒng)方法以非常昂貴的規(guī)模識別物種的能力。這使得有可能以更低的成本生成關于哪些物種居住的更多數(shù)據。然而，人類分類學專業(yè)知識仍然是這個等式的關鍵部分。根據Kuzmina博士的說法，雖然“eDNA在生態(tài)監(jiān)測方面肯定會越來越具有成本效益，但它永遠不會取代專家來準確識別單個標本。這兩種方法存在于兩個不同的維度，理想情況下相互補充。”

測序eDNA提出了自己的挑戰(zhàn)。正如Kuzmina博士所解釋的那樣，“實驗需要采取一切預防措施，以防止外界污染，采取消極控制措施，并對結果進行深思熟慮的解釋。”為了產生有意義的結果，必須明智地選擇要測試的DNA標記物。大多數(shù)eDNA測序研究都集中在動物或微生物多樣性上，因為植物可能是一個棘手的目標。這是因為沒有通用的植物DNA標記可以應用于大量植物物種，并且仍然可以有效地識別物種水平的樣品。

然而，Kuzmina博士及其同事設計他們的研究來調查較窄的分類范圍，僅關注池塘家庭(Potamogetonaceae)。這種設計有效地使得缺乏通用植物DNA標記成為現(xiàn)實，同時提供有關池塘多樣性的生態(tài)學相關信息。“我們的目標是設計一種可用于檢測稀有或瀕臨滅絕的池塘草種的方法，”Kuzmina博士說。“縮小搜索范圍使得方法更加靈敏，對結果的解釋更加可靠。”

除了易處理的DNA標記外，Pondweeds是eDNA測序的理想候選者。它們很難根據形態(tài)確定物種水平，依賴于微觀特征并需要大量專業(yè)知識，并且經常生活在難以進入的水生棲息地。浮萍也可用于棲息地分類，是水生生態(tài)系統(tǒng)健康的重要生物指示劑，因為不同的物種適應不同的水溫和化學成分。此外，7種北美池塘蚯蚓是瀕臨滅絕的物種，其中包括安大略省的兩種，這項研究是在這里進行的。

“在更廣泛的應用中，池塘物種的組合可以用作淡水生態(tài)系統(tǒng)的'指紋'，表明水的質量，并顯示該系統(tǒng)如何適用于其他淡水生物，如魚類和無脊椎動物，”Kuzmina博士解釋說。這項研究發(fā)現(xiàn)，在安大略省罕見的慈善研究儲備中，池塘草的多樣性被低估了，并且發(fā)現(xiàn)了三種以前未知的池塘草的存在。

對DNA進行測序是一種很有前途的途徑，可以提供大量關于物種出現(xiàn)的高質量數(shù)據。目前正在改進這些方法以回答特定問題，例如檢測瀕危或入侵物種，或作為水或土壤質量的生物指示物。在這項研究中，Kuzmina博士及其同事表明，對池塘等特定植物群進行有針對性的eDNA測序可以產生重要的生態(tài)信息。

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