Исследование, проведенное под руководством исследователей из Управления науки и технологий Канады по вопросам окружающей среды и изменения климата и лаборатории Хаджибабаи в Университете Гвельфа, было сосредоточено на подверженных риску водно-болотных угодьях в дельте Мира-Атабаска (PAD), расположенной в северной части Альберты, Канада. PAD – это большой комплекс внутренних водно-болотных угодий, которому угрожает вторжение из-за добычи нефтеносных песков в водоразделе Атабаски и плотин гидроэлектростанций в водоразделе Мира.
«Более десяти лет мы тесно сотрудничаем с учеными из Канады по окружающей среде и изменению климата над разработкой и применением высокопроизводительного анализа биоразнообразия на основе ДНК для мониторинга ключевых экосистем по всей Канаде», – сказал д-р. Мехрдад Хаджибабаи, соавтор исследования и профессор кафедры интегративной биологии Университета Гвельфа. "Это исследование является ключевым вкладом в совместные усилия по внедрению передовой геномики в экологический анализ."
Образцы водных макробеспозвоночных были отобраны в период с 2011 по 2016 год в зависимости от градиента частоты наводнений водно-болотных угодий с применением как морфологической идентификации на основе микроскопа, так и метабаркодирования ДНК – метода, впервые представленного лабораторией Hajibabaei в 2011 году. Метабаркодирование ДНК включает секвенирование ДНК окружающей среды (эДНК) для идентификации многих организмов в одном образце окружающей среды. Используя многовидовые модели заселенности (MSOMS) – модель, используемую для оценки биоразнообразия посредством видового богатства и взаимодействий – исследование показало, что метабаркодирование ДНК выявляет гораздо более широкий диапазон биоразнообразия на образец по сравнению с традиционной морфологической идентификацией и имеет важное значение для выявления значимых ответов. к паводковым и тепловым режимам.
«Благодаря использованию массового параллельного секвенирования и расширенного вычислительного анализа, метабаркодирование ДНК преодолевает критические узкие места в биомониторинге», – сказал Хаджибабаи. «Это позволяет обрабатывать большое количество образцов без необходимости отделения и сортировки крошечных личинок. Он использует последовательности из гена штрих-кодирования ДНК, чтобы сделать таксономическую идентификацию часто с лучшим разрешением, чем это возможно при морфологическом исследовании."
Исследование демонстрирует, что занятость на уровне семьи маскирует высокие различия между родами и позволяет количественно оценить смещение праймеров штрих-кодирования на вероятность обнаружения в естественном сообществе. Он также показал, что образцы собраний сообщества были почти случайными, что свидетельствует о сильной роли случайности в динамике метасообщества.
"До сих пор наша способность проводить последовательные и точные определения сотен видов, составляющих эти сверхразнообразные и динамичные сообщества, ограничивала нашу способность делать широкие заявления о том, как развитие ресурсов ухудшает жизненно важные товары и услуги, в которых нуждаются перелетные птицы и дикие животные. , – сказал доктор. Дональд Бэрд, федеральный ученый Министерства окружающей среды и изменения климата Канады. «Эти воздействия могут иметь косвенные последствия для местных сообществ, которые полагаются на эти критически важные среды обитания для обеспечения продовольственной безопасности», – сказал Бэрд, соавтор исследования и активно участвующий в мониторинге водно-болотных угодий в районе нефтеносных песков Альберты.
Моделирование, использованное в исследовании, также продемонстрировало, что метабаркодирование было намного более эффективным, особенно в более точном таксономическом разрешении, и обеспечило статистическую силу, необходимую для обнаружения изменений в более широком масштабе на уровне ландшафта.
«Возможность продемонстрировать метабаркодирование ДНК как эффективный инструмент экологического анализа в пространстве и времени, а также в критических экосистемах, таких как дельта Мира и Атабаски, является важной ступенькой для более широкого применения этого подхода», – сказал Хаджибабаи.
В настоящее время Хаджибабаи применяет подходы к метабаркодированию ДНК для оценки ключевых водоразделов Канады в новой программе под названием STREAM.
Запущенный в прошлом году в партнерстве со Всемирным фондом дикой природы – Канада, Living Lakes Canada, Environment and Climate Change Canada, STREAM создает общенациональную сеть программ биомониторинга на уровне сообществ.