Biowide kan man bruge DNA til at måle Biodiversitet? Tobias G. Frøslev, Ane Kirstine Brunbjerg, Hans Henrik Bruun, Anders J. Hansen, Rasmus Kjøller, Rasmus Ejrnæs T.G. Frøslev Biologisk Institut Sektion for Terrestrisk Økologi tobiasgf@bio.ku.dk Biodiversitetssymposium den 1-2 februar, København
Biowide kort fortalt Formål: at beskrive og kvantificere variation in biodiversitet i Danmark Hvilke faktorer er vigtige for variation i biodiversitet? Kan edna bruges i biodiversitetsovervågning?
Biowide kort fortalt 130 prøveflader 40 x 40 m (terrestriske økosystemer) 90 flader (18 strata) dækkende gradienterne: succession/kontinuitet fugtighed nærringsstatus 10 hotspots 30 marker, plantager Inventering af alle arter Metabarcodning af jord-dna & biodiversity soups
Hvad er edna? edna - Miljø-DNA Fra en blandet miljøprøve Eks. jord, luft, vand Individer/organismer isoleres ikke Blandet DNA fra flere individer & arter Intra-organismal DNA Inden i levende organismer Replikerende Beskyttet af processer Extra-organismal DNA Ikke del af organisme Ikke-replikerende Under nedbrydning
Grundprincippet DNA barcodes/stregkoder DNA barcoding Individ DNA Barcode Reference DB DNA ekstraktion PCR og sekvensering ACTGTGC C Identifikation DNA ekstraktion edna metabarcoding Blandet prøve edna metabarcodes PCR og sekvensering ACTGTGC C ACTGTGC C ACTGTGC C ACTGTGC C Identifikationer Reference DB
Hvordan ser data ud? 1 MiSeq kørsel 8 Giga-baser 8 mill. A4 printersider 800 m høj papirstak Burj Khalifa, Dubai 829.8m
Fordele ved edna inventering Kræver ikke taksonomisk ekspertise eller specialværktøjer til identifikation Lettere at standardisere prøvetagning Adgang til flere habitater/prøvetyper Prøvetagning og analyse er robust Man kan arbejde med flere/alle organismegrupper
Hvad kan man bruge det til?
EM053 EM053 EM053 EM054 EM054 EM054 EM055 EM055 EM055 EM056 EM056 EM056 EM057 EM057 EM057 EM058 EM058 EM058 EM059 EM059 EM059 EM060 EM060 EM060 EM061 EM061 EM061 ES062 ES062 ES062 ES063 ES063 ES063 ES064 ES064 ES064 ES065 ES065 ES065 ES066 ES066 ES066 ES067 ES067 ES067 ES068 ES068 ES068 ES069 ES069 ES069 ES070 ES070 ES070 EV071 EV071 EV071 EV072 EV072 EV072 EV073 EV073 EV073 EV074 EV074 EV074 EV075 EV075 EV075 EV076 EV076 EV076 EV077 EV077 EV078 EV077 EV078 EV078 FF105 FF105 FF105 FF106 FF106 FF106 FF107 FF107 FF107 FF108 FF108 FF108 FF109 FF109 FF109 FF110 FF110 FF110 FF111 FF111 FF111 FF112 FF112 FF112 FL113 FL113 FL113 FL114 FL114 FL114 FL115 FL115 FL115 FL116 FL116 FL116 FL117 FL117 FL117 FL118 FL118 FL118 FL119 FL119 FL119 FL120 FL120 FL120 FM121 FM121 FM121 FM122 FM122 FM122 FM123 FM123 FM123 FM124 FM124 FM124 FM125 FM125 FM125 FM126 FM126 FM126 FM127 FM127 FM127 FM128 FM128 FM128 FM129 FM129 FM129 FM130 FM130 FM130 NH019 NH019 NH019 NH020 NH020 NH020 NH021 NH021 NH021 NH022 NH022 NH022 NH023 NH023 NH023 NH024 NH024 NH024 NH025 NH025 NH025 NH026 NH026 NH026 VU027 VU027 VU027 VU028 VU028 VU028 NT010 NT010 NT010 NT011 NT011 NT011 NT012 NT012 NT012 NT013 NT013 NT013 NT014 NT014 NT014 NT015 NT015 NT015 NT016 NT016 NT016 NT017 NT017 NT017 NT018 NT018 NT018 NV001 NV001 NV001 NV002 NV002 NV002 NV003 NV003 NV003 NV004 NV004 NV004 NV005 NV005 NV005 NV006 NV006NV006 NV007 NV007 NV007 NV008 NV008 NV008 NV009 NV009 NV009 SM096 SM096 SM096 SM097 SM097 SM097 SM098 SM098 SM098 SM099 SM099 SM099 SM100 SM100 SM100 SM101 SM101 SM101 SM102 SM102 SM102 SM103 SM103 SM103 SM104 SM104 SM104 SN079 SN079 SN079 SN080 SN080 SN080 SN081 SN081 SN081 SN082 SN082 SN082 SN083 SN083 SN083 SN084 SN084 SN084 SN085 SN085 SN085 SN086 SN086 SN086 SN087 SN087 SN087 SV088 SV088 SV088 SV089 SV089 SV089 SV090 SV090 SV090 SV091 SV091 SV091 SV092 SV092 SV092 SV093 SV093 SV093 SV094 SV094 SV094 SV095 SV095 SV095 VD044 VD044 VD044 VD045 VD045 VD045 VD046 VD046 VD046 VD047 VD047 VD047 VD048 VD048 VD048 VD049 VD049 VD049 VD050 VD050 VD050 VD051 VD051 VD051 VD052 VD052 VD052 VO036 VO036 VO036 VO037 VO037 VO037 VO038 VO038 VO038 VO039 VO039 VO039 VO040 VO040 VO040 VO041 VO041 VO041 VO042 VO042 VO042 VO043 VO043 VO043 VU029 VU029 VU029 VU030 VU030 VU030 VU031 VU031 VU031 VU032 VU032 VU032 VU033 VU033 VU033 VU034 VU034 VU034 VU035 VU035 VU035 3 2 1 0 1 2 2 0 2 NMDS1 NMDS2 Kulturtype a a a a a Field Ley Nature Oldfield Plantation
Fint nok!.men kan vi estimere artsrigdom med edna? Klassiske data edna data? early claims of astonishingly high species richness [..] were exaggerated, because of problems in distinguishing technical artefacts from true diversity. Although more sophisticated bioinformatics tools are now available, highthroughput assessment of species richness remains a major technical challenge. Lindahl et al. 2013.
Udfordringer ved edna inventering -artslister og artsantal Manglende/ukomplette referencedatabaser -> arbejde med arbitrære enheder (OTU) Varierende genetisk variation indenfor og mellem arter -> OTUer ikke velafgrænede (OTU Art) Sekvenseringsfejl -> Hale af sjælden biologi + fejl Usikre artslister DNA ekstraktion edna metabarcoding Blandet prøve edna metabarcodes PCR og sekvensering ACTGTGC C ACTGTGC C ACTGTGC C ACTGTGC C Identifikationer Reference DB
Kan vi estimere planterigdom med edna?? + =
40 m Jordprøver Maksimal pragmatisk metode 81 jordstik pr prøveflade Blandet i tønde Homogeniseret med piskeris Udtagning af mindre prøve, frysning 40 m På trods af at være en relativt stor stikprøve, dækker den kun 0.01% af jordoverfladen i et prøvefelt
Kan vi estimere planterigdom med edna? 5.5 million plante-sekvenser 2425 OTUer total (vs 564 plantearter) r=0.47
Et kig på OTUerne
Ingen reel affladning dvs. vi producerer nye fejl
Bøg
Save halen af??
Så vi opfandt noget oprensnings-software R=0.47 R=0.8
Så vi opfandt noget oprensnings-software
Hvad så med de andre organismegrupper? r=0.23
Opsummering edna kan bruges til detektion af allerede kendte arter og til økosystem-niveau forskelle relativt let edna kan bruges til rigdomsmål efter lidt datamassage. Manglen på referencedata er den primære årsag til usikkerhederne.