Kody kreskowe DNA w ocenie diety

Kody kreskowe DNA w ocenie diety to wykorzystanie kodów kreskowych DNA do analizy diety organizmów. oraz dalej wykrywać i opisywać ich interakcje troficzne . Podejście to opiera się na identyfikacji spożywanych gatunków poprzez charakterystykę DNA obecnego w próbkach pokarmu, np. pojedynczych resztkach pokarmu, regurgitach, próbkach jelit i kału, zhomogenizowanym ciele organizmu żywiciela, celu badania diety (np. owady ).

Podejście do sekwencjonowania DNA , które należy przyjąć, zależy od zakresu diety docelowego konsumenta. W przypadku organizmów żywiących się jednym lub kilkoma gatunkami można zastosować tradycyjne techniki sekwencjonowania Sangera . W przypadku gatunków polifagicznych , których elementy diety są trudniejsze do zidentyfikowania, możliwe jest określenie wszystkich spożywanych gatunków przy użyciu metodologii NGS .

Markery kodów kreskowych wykorzystywane do amplifikacji będą się różnić w zależności od diety organizmu docelowego. W przypadku roślinożernych standardowe loci kodu kreskowego DNA będą się znacznie różnić w zależności od poziomu taksonomicznego rośliny . Dlatego do identyfikacji tkanek roślinnych na poziomie rodziny taksonomicznej lub rodzaju stosuje się markery rbcL i trn-L-intron , które różnią się od loci ITS2 , matK , trnH-psbA (noncoding intergenic spacer) stosowanych do identyfikacji elementów diety do rodzaju i poziom gatunku . W przypadku ofiar zwierzęcych najszerzej stosowanymi markerami kodów kreskowych DNA do identyfikacji diety są mitochondrialna oksydaza cytochromu C ( COI ) i cytochrom b ( cytb ). Gdy dieta jest szeroka i zróżnicowana, do identyfikacji większości spożywanych produktów stosuje się kody kreskowe DNA.

Zalety

Główną zaletą stosowania kodów kreskowych DNA w ocenie diety jest możliwość zapewnienia wysokiej rozdzielczości taksonomicznej spożywanych gatunków. Rzeczywiście, w porównaniu z tradycyjną analizą morfologiczną, kod kreskowy DNA umożliwia bardziej wiarygodne oddzielenie blisko spokrewnionych taksonów, zmniejszając obserwowane obciążenie. Co więcej, kod kreskowy DNA umożliwia wykrywanie miękkich i mocno strawionych elementów, których nie można rozpoznać na drodze identyfikacji morfologicznej. Na przykład pajęczaki żywią się wstępnie strawionymi ciałami owadów lub innych małych zwierząt, a zawartość ich żołądka jest zbyt rozłożona i morfologicznie nierozpoznawalna przy użyciu tradycyjnych metod, takich jak mikroskopia .

Podczas badania diety roślinożerców metabarkod DNA umożliwia wykrycie wysoko strawionych elementów roślinnych z większą liczbą zidentyfikowanych taksonów w porównaniu z mikrohistologią i analizą makroskopową. Na przykład Nichols i in. (2016) zwrócili uwagę na taksonomiczną precyzję metabarkodowania żwacza , przy czym średnio 90% sekwencji DNA jest identyfikowanych na poziomie rodzaju lub gatunku w porównaniu z 75% fragmentów roślin rozpoznawanych za pomocą makroskopii. Morevoer, kolejna sprawdzona empirycznie zaleta metabarkodowania w porównaniu z tradycyjnymi, czasochłonnymi metodami, wiąże się z wyższą efektywnością kosztową. Wreszcie, dzięki swojej wysokiej rozdzielczości, kody kreskowe DNA stanowią kluczowe narzędzie w zarządzaniu dziką fauną i florą w celu identyfikacji nawyków żywieniowych zagrożonych gatunków i zwierząt, które mogą powodować szkody żywieniowe w środowisku.

Wyzwania

Dzięki kodom kreskowym DNA nie jest możliwe uzyskanie informacji o płci czy wieku gatunku ofiary, co może mieć kluczowe znaczenie. To ograniczenie można w każdym razie przezwyciężyć, wykonując dodatkowy krok w analizie, stosując polimorfizm mikrosatelitarny i amplifikację chromosomu Y. Co więcej, DNA dostarcza szczegółowych informacji o ostatnich wydarzeniach (np. 24-48 godzin), ale nie jest w stanie zapewnić dłuższej perspektywy żywieniowej, chyba że prowadzone jest ciągłe pobieranie próbek. Dodatkowo, przy użyciu ogólnych starterów , które amplifikują regiony „kodu kreskowego” z szerokiego zakresu gatunków żywności, amplifikowalny DNA gospodarza może znacznie przewyższać liczebnie obecność DNA ofiary, co komplikuje wykrywanie ofiary. Jednak strategią zapobiegania amplifikacji DNA gospodarza może być dodanie specyficznego dla drapieżnika startera blokującego . Rzeczywiście, startery blokujące do tłumienia amplifikacji DNA drapieżników umożliwiają amplifikację innych grup kręgowców i wytwarzają amplikonów , które są głównie DNA pokarmowym.

Pomimo poprawy oceny diety za pomocą kodów kreskowych DNA, wtórna konsumpcja (ofiara ofiary, pasożyty itp.) Nadal stanowi czynnik zakłócający. W rzeczywistości niektóre ofiary drugorzędne mogą zostać potraktowane jako ofiary pierwotne, wprowadzając błąd . Jednak ze względu na znacznie niższą całkowitą biomasę i wyższy poziom degradacji DNA ofiary wtórnej może stanowić tylko niewielką część odzyskanych sekwencji w porównaniu z ofiarą pierwotną.

Ilościowa interpretacja wyników kodów kreskowych DNA nie jest prosta. Podejmowano próby wykorzystania liczby sekwencji do oszacowania liczebności gatunków ofiar w pokarmie (np. jelitach, odchodach). Na przykład, jeśli wilk zjadł więcej łosia niż dzika, w jego jelitach powinno być więcej DNA łosia, a tym samym odzyskanych zostanie więcej sekwencji łosia. Pomimo dowodów na ogólne korelacje między numerem sekwencyjnym a biomasą, rzeczywiste oceny tej metody zakończyły się niepowodzeniem. Można to wytłumaczyć faktem, że tkanki pierwotnie zawierają DNA o różnej gęstości i mogą być różnie trawione.

Przykłady

Ssaki

ssaków jest szeroko badana przy użyciu kodów kreskowych i metabarkodów DNA . Można zaobserwować pewne różnice w metodologii w zależności od strategii żywieniowej docelowego gatunku ssaka, tj. czy jest to ssak roślinożerny , mięsożerny czy wszystkożerny .

W przypadku gatunków ssaków roślinożernych DNA jest zwykle ekstrahowane z próbek odchodów lub treści żwacza pobranych ze zwierząt zabitych na drogach lub zwierząt zabitych podczas regularnych polowań. W ramach kodowania kreskowego DNA podejście trn L można zastosować do identyfikacji gatunków roślin przy użyciu bardzo krótkiego, ale pouczającego fragmentu DNA chloroplastu (pętla P6 intronu chloroplastu trnL (UAA) ). Potencjalnie to zastosowanie ma zastosowanie do wszystkich gatunków roślinożernych żerujących na roślinach okrytozalążkowych i nagonasiennych .

Podczas badania małych roślinożerców o tajemniczym stylu życia, takich jak norniki i lemingi , kod kreskowy DNA połkniętych roślin może być kluczowym narzędziem dającym dokładny obraz wykorzystania pożywienia. Ponadto dobra rozdzielczość identyfikacji roślin uzyskana za pomocą kodów kreskowych DNA pozwala naukowcom zrozumieć zmiany składu diety w czasie i zmienność między osobnikami, co zaobserwowano u kozicy alpejskiej (Rupicapra rupicapra ). Między październikiem a listopadem, analizując skład odchodów za pomocą kodów kreskowych DNA, kozica alpejska wykazała zmianę preferencji żywieniowych. Ponadto zaobserwowano różne kategorie diet wśród osób w każdym miesiącu.

Odchody wilka (Canis lupus) zebrane w Szwecji

W przypadku zwierząt mięsożernych stosowanie metod nieinwazyjnych ma kluczowe znaczenie, zwłaszcza w przypadku gatunków nieuchwytnych i zagrożonych wyginięciem . Ocena diety za pomocą kodów kreskowych DNA kału może mieć większą skuteczność w wykrywaniu gatunków ofiar w porównaniu z tradycyjną analizą diety, która polega głównie na identyfikacji morfologicznej niestrawionych twardych pozostałości w kale. Szacując różnorodność diety kręgowców kota lamparta ( Prionailurus bengalensis ) w Pakistanie, Shehzad i in. (2012) zidentyfikowali łącznie 18 taksonów ofiar, używając kodów kreskowych DNA na odchodach. Zgłoszono osiem różnych taksonów ptaków, podczas gdy wcześniejsze badania oparte na konwencjonalnych metodach nie zidentyfikowały żadnego gatunku ptaków w diecie kota lamparta. Innym przykładem jest wykorzystanie kodów kreskowych DNA do identyfikacji miękkich szczątków ofiar w treści żołądkowej drapieżników, np. foki szarej ( Halichoerus grypus ) i morświna ( Phocoena phocoena ).

Metabarkodowanie DNA to przełom w badaniu złożonych diet, takich jak wszystkożerne drapieżniki, żywiące się wieloma różnymi gatunkami pochodzenia roślinnego i zwierzęcego. Metodologia ta nie wymaga wiedzy na temat pokarmu spożywanego przez zwierzęta w zajmowanym przez nie środowisku. W badaniu nad niedźwiedzia brunatnego ( Ursus arctos ) metabarkodowanie DNA umożliwiło dokładną rekonstrukcję szerokiego zakresu taksonomicznie różnych elementów obecnych w próbkach kału pobranych w terenie.

Ryba

Rekonstrukcja sieci pokarmowej za pomocą kodów kreskowych DNA na rafie koralowej Moorea w Polinezji Francuskiej. Podział dietetyczny między trzy gatunki ryb drapieżnych wykryty za pomocą analizy dietetycznej metabarkodów . Rozdzielczość taksonomiczna dostarczona przez podejście metabarkodowania podkreśla złożoną sieć interakcji i pokazuje, że poziomy podziału troficznego wśród ryb rafy koralowej zostały prawdopodobnie niedoszacowane.

Zobacz też

• Kody kreskowe DNA ryb
• Kody kreskowe DNA makrobezkręgowców wodnych
• Kody kreskowe DNA drobnoustrojów
• Kody kreskowe DNA alg
• Kod kreskowy DNA pyłku