ДНК-штрих-код для характеристики біорізноманіття - Encyclopédie de l; навколишнє середовище

характеристики

Нові високопродуктивні методи молекулярної біології дозволяють ідентифікувати види в нашому середовищі. Охарактеризуючи короткі фрагменти їх ДНК, які зберігаються в навколишньому середовищі, таким чином, можна інвентаризувати біорізноманіття екосистеми за зразками води, грунту або екскрементів. Інтерес до цих запасів надзвичайно різноманітний. Вони дають змогу виявити наявність окремих видів, відновити палеосередовища або охарактеризувати дієти. Вони також пропонують перспективи для відстеження ДНК та контролю автентичності сільськогосподарських та харчових продуктів.

1. Універсальний діагностичний інструмент

Характеристика біорізноманіття у видів є важливою науковою та суспільною проблемою. Дійсно, виявлення видів є необхідною передумовою для розуміння їх взаємодії, яка зумовлює функціонування, динаміку та еволюцію екосистем. Цей крок також необхідний для того, щоб зберегти або навіть відновити біорізноманіття в умовах глобальних змін внаслідок змін клімату, змін у структурі землекористування та урбанізації. Опис видів не викликає нового занепокоєння, воно завжди стосувалось усіх людських суспільств, які вилучають організми з навколишнього середовища для різних цілей: їжі, ліків, культури тощо.

Види описувались і досі описуються переважно на основі морфологічних критеріїв, які протягом наукового прогресу доповнювались молекулярними критеріями, заснованими, зокрема, на характеристиціДНК (читайте Що таке біорізноманіття?). Останні особливо актуальні для вивчення груп, у яких морфологія важкодоступна, наприклад, мікроорганізми, або не дуже мінлива, наприклад нематоди.

Рисунок 1. Принцип композиційного аналізу зразка навколишнього середовища. На першому етапі виділяється ДНК кожного зразка. Потім він ампліфікується за допомогою ПЛР з використанням визначених праймерів. Всі фрагменти ДНК з одного зразка позначені однаковим тегом. Потім зразки змішують, це мультиплексування, а потім секвенують пристроями, що дозволяють проводити масивне секвенування. Всі послідовності з одного зразка мають однакову мітку, тому можна визначити всі послідовності з одного зразка. Потім види, присутні в даній вибірці, ідентифікуються шляхом порівняння з базами даних.

2. Підхід молекулярної біології на службі екології

Протягом усього цього процесу інструмент біоінформатики є надзвичайно важливим. Застосовується для сортування даних, складання опорних баз, призначення послідовностей таксонам Одиниць ієрархічної класифікації живих істот. Зазвичай цей термін використовується в рядах специфічних (видів) і підвидів (підвиди). за допомогою цих баз даних визначати списки тегів та керувати помилками послідовності.

Не вдаючись до ідентифікації видів, різні отримані послідовності можуть бути використані для визначення операційних одиниць (MOTUS для молекулярно-оперативних таксономічних одиниць), з яких також можна кількісно оцінити біорізноманіття зразків. Як правило, це стосується роботи з мікроорганізмами, більшість видів яких ні описані, ні вирощуються.

3. Охарактеризуйте зразки навколишнього середовища: підхід метабаркодування

Підхід метабаркодування пропонує альтернативи часто набагато більш громіздким методам реалізації, які до цього часу використовувались для опису біорізноманіття. Це відкриває нові перспективи для вивчення функціонування та еволюції наземних та водних екосистем, що вимагають попереднього знання про спільноти видів, що взаємодіють у них [4]. Опис біорізноманіття за зразками ґрунту за допомогою метабаркодування є, крім іншого, корисним, коли особин важко знайти та морфологічно ідентифікувати. Це стосується багатьох видів ґрунтової фауни, функції яких в екосистемі є надзвичайно важливими: дощові черв’яки, комахи, весняні хвости тощо. Метакодування також може замінити традиційні ботанічні дослідження, особливо в середовищах з надзвичайно великим різноманіттям, таких як тропічні ліси. Амазонка містить 11 000 видів дерев, половина з яких знаходиться під загрозою зникнення. Класичні ботанічні методи призвели б до ігнорування до 20% присутніх родів; набагато краща роздільна здатність, яка може бути забезпечена використанням штрих-кодів ДНК.

Завдяки розробці нових методів секвенування метабаркодування стало ефективною альтернативою традиційним методам опису біорізноманіття за зразками навколишнього середовища [6]. Крім того, він пропонує нові перспективи для проведення інтегрованих досліджень з тієї самої вибірки шляхом комбінованого аналізу різних штрих-кодів. Можна уявити одночасний аналіз мікробіоти Всі мікроорганізми (бактерії, дріжджі, гриби, віруси), що живуть у певному середовищі (званому мікробіомом) у господаря (тварини чи рослини). Важливим прикладом є сукупність мікроорганізмів, що живуть в кишечнику або мікробіоти кишечника, раніше називалась «кишкова флора». кишечник або рубця, шлейф паразитів і раціон виду з його калу. Галузі застосування не обмежуються екологічними дослідженнями. Вони поширюються на сфери, для яких є важливим аналіз складу складних матриць за допомогою характеристики ДНК: судова медицина, харчова промисловість, митний контроль тощо.

Посилання та примітки

[4] Pompanon F, Coissac E, Taberlet P (2011) Metabarcoding, новий спосіб аналізу біорізноманіття. Biofutur, 319: 30-32.

[5] Shehzad W та співавт. (2012) Перевага здобичі сніжного барса (Panthera uncia) у Південному Гобі, Монголія. PLoS ONE 7 (2): e32104. doi: 10.1371/journal.pone.0032104

[6] Джолі Д, Faure D & Salamitou S (2015) Слід живих істот, ДНК навколишнього середовища. Шукач міді, 192 с.

Екологічна енциклопедія видається Асоціацією енциклопедій захисту навколишнього середовища та енергетики (www.a3e.fr), яка за контрактом пов'язана з Університетом Гренобля Альпи та Греноблем INP, і фінансується Академією наук.

Цитувати цю статтю: POMPANON François, SHEHZAD Wasim (2021), ДНК-штрих-код для характеристики біорізноманіття, Encyclopédie de l'Environnement, [Інтернет ISSN 2555-0950] url: https://www.encyclopedie-environnement.org/alive/metabarcoding -штрихові коди-днк-характеризують -різноманіття /.

Статті в Екологічній енциклопедії доступні на умовах ліцензії Creative Commons BY-NC-SA, яка дозволяє відтворення за умови: цитувати джерело, не використовувати комерційне використання, однаково ділити ініціали умов, відтворювати при кожному повторному використанні або розповсюдженні згадування цієї ліцензії Creative Commons BY-NC-SA.