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渓流や湖沼の堆積物の生物学的質を評価するための豊富さに基づいた指標としてのオリゴチャイテムのハイスループットDNAバーコード化
High-throughput DNA barcoding of oligochaetes for abundance-based indices to assess the biological quality of sediments in streams and lakes.
PMID: 32029757 PMCID: PMC7005023. DOI: 10.1038/s41598-020-58703-2.
抄録
しかし、形態学的特徴に基づいて標本を種レベルまで同定するには、分類学の専門知識が必要であり、標本中のごく一部の標本しか同定することができない。DNA バーコードを用いて水生オリゴ毛類を同定すれば、生物モニタリングへの利用が容易になり、生態学的診断のためにこの分類群をより広く利用できるようになるだろう。これまでにも、生態系の生物学的質を評価するために、全堆積物や標本のプールからなる標本のDNAメタバーコード化に基づく方法が提案されてきたが、そのような方法では種の豊富さに関する正確な情報が得られず、結果として得られる生態学的診断の価値が制限されていた。本研究では、DNAバーコーディング法を用いて、オリゴ毛類の種の多様性と豊富さ、および河川や湖沼の堆積物の生物学的品質を評価するために、選別され、遺伝子的にタグ付けされた標本のハイスループットシーケンシングに基づいて、どのような手法を用いているかを検証した。スイスの河川の13地点とレマン湖の7地点で、分子学的および形態学的アプローチの両方を適用した。遺伝学的に同定した標本は、各サイトあたり33～66点であった。どちらの方法でも、同じ指標計算を用いた。その結果、遺伝的アプローチから得られた生態学的診断と形態学的アプローチから得られた生態学的診断はよく一致しており、また、1サイトあたり33個の標本の遺伝的同定は、河川や湖沼の堆積物の生物学的品質を正確に推定するのに十分な生態学的情報を提供していることがわかった。
Aquatic oligochaete communities are valuable indicators of the biological quality of sediments in streams and lakes, but identification of specimens to the species level based on morphological features requires solid expertise in taxonomy and is possible only for a fraction of specimens present in a sample. The identification of aquatic oligochaetes using DNA barcodes would facilitate their use in biomonitoring and allow a wider use of this taxonomic group for ecological diagnoses. Previous approaches based on DNA metabarcoding of samples composed of total sediments or pools of specimens have been proposed for assessing the biological quality of ecosystems, but such methods do not provide precise information on species abundance, which limits the value of resulting ecological diagnoses. Here, we tested how a DNA barcoding approach based on high-throughput sequencing of sorted and genetically tagged specimens performed to assess oligochaete species diversity and abundance and the biological quality of sediments in streams and lakes. We applied both molecular and morphological approaches at 13 sites in Swiss streams and at 7 sites in Lake Geneva. We genetically identified 33 or 66 specimens per site. For both approaches, we used the same index calculations. We found that the ecological diagnoses derived from the genetic approach matched well with those of the morphological approach and that the genetic identification of only 33 specimens per site provided enough ecological information for correctly estimating the biological quality of sediments in streams and lakes.