Использование eDNA для изучения разнообразия рдестов

Экологические исследования биоразнообразия требуют значительных трудозатрат и экспертизы. Однако, с удешевлением высокопроизводительного секвенирования ДНК, ДНК из образцов окружающей среды (eDNA) стала рентабельным источником данных. В исследовании, опубликованном в Applications in Plant Sciences, доктор Мария Кузьмина и коллеги из Университета Гвельфа показали осуществимость использования eDNA для идентификации водных растений.

Традиционные методы требуют многих часов работы таксономических экспертов для идентификации видов по морфологии. Добавление новых образцов eDNA в уже разработанное исследование относительно просто и недорого, что позволяет получать данные в масштабах, недоступных традиционными методами. Однако, как отмечает доктор Кузьмина: «eDNA определённо становится всё более рентабельным для экологического мониторинга, но никогда не заменит эксперта для точной идентификации отдельного образца. Эти два подхода существуют в двух разных измерениях, в идеале дополняя друг друга».

Секвенирование eDNA сопряжено с вызовами: необходимо предотвращать загрязнение, использовать контрольные образцы и тщательно интерпретировать результаты. Также важен выбор генетических маркеров. Большинство исследований eDNA фокусировались на животных или микробах, так как для растений не существует универсальных маркеров ДНК, эффективно работающих на уровне вида для широкого круга видов.

Авторы сузили таксономический охват, сфокусировавшись только на семействе рдестовых (Potamogetonaceae). Это сделало проблему отсутствия универсальных маркеров неактуальной и позволило получить экологически значимые данные. «Целью было разработать метод для обнаружения редких или исчезающих видов рдестов. Сужение поиска сделало метод более чувствительным, а интерпретацию результатов — более надёжной», — говорит доктор Кузьмина.

Рдесты — отличный объект для eDNA-секвенирования не только из-за удобных маркеров. Их сложно идентифицировать по морфологии (требуются микроскопические признаки и экспертиза), они часто обитают в труднодоступных водных средах. Рдесты также важны для классификации местообитаний и являются биоиндикаторами здоровья водных экосистем, так как разные виды адаптированы к разной температуре и химическому составу воды. Семь видов североамериканских рдестов находятся под угрозой исчезновения, включая два в Онтарио, где проводилось исследование.

«В более широком применении комбинация видов рдестов может использоваться как "отпечаток пальца" пресноводных экосистем, указывая на качество воды и её пригодность для других организмов, таких как рыбы и беспозвоночные», — объясняет доктор Кузьмина. Исследование показало, что разнообразие рдестов в заповеднике rare в Онтарио было недооценено, и обнаружило три вида, ранее не известных для этой территории.

Секвенирование eDNA — многообещающий подход для получения больших объёмов данных о распространении видов. Методы совершенствуются для решения конкретных задач, таких как обнаружение исчезающих или инвазивных видов, или мониторинг качества воды и почвы. Данное исследование показало, что целевое секвенирование eDNA конкретных групп растений, таких как рдесты, может давать важную экологическую информацию.