eDNA ter land, ter zee en in de lucht

eDNA ter land, ter zee en in de lucht
Arjen de Groot
Wageningen Environmental Research (Alterra)
i.s.m. Maarten Schrama, Stefan Geisen, Sander Glorius & Jiayi Qin
eDNA minisymposium; 22 februari 2017, Velp
Biodiversiteit screenen in milieumonsters

Focus eDNA-inventarisaties op vertebraten (vissen, amfibiën, zoogdieren)
 ook toepasbaar op andere soortsgroepen en andere leefmilieus

Huidige trend: van soortspecifieke aanwezigheid (qPCR) naar brede
screening (soortenlijst) via DNA metabarcoding
 Verschuivingen en interacties in brede gemeenschap
Micro-organismen
Wormen
(Micro)arthropoden
Micro-organismen
Fyto- & Zoöplankton
Wormen
Mollusken
kreeftachtigen
Micro-organismen
Planten
(micro)arthropoden
(e)DNA metabarcoding


DNA-barcode: stukje DNA waarvan de code verschilt tussen soorten
Analyse via next-gen sequencing (NGS), grote aantal monsters per run
Reference dataset
Milieumonster
Data analyse
DNA extraction
PCR
Next-generation
Sequencing (NGS)
Soortenlijst
+ relatieve
verhoudingen
3
eDNA uit de bodem
Verschillende merkers om in te zoomen op verschillende groepen:
● Regenwormen
● Potwormen
CO1
18S
H3
● Nematoden
● Mijten
● Springstaarten
● Protisten
● Schimmels
● Bacteriën
18S
CO14
eDNA uit de bodem: effecten van begrazing
Begraasd
Soortenvariatie per locatie
Onbegraasd
Begraasd - onbegraasd
Schrama et al., in prep
Nematoden als indicator voor bodemkwaliteit
Duidelijke verschillen tussen drie methoden:
Morfologische identificatie (microscopie)
DNA metabarcoding (“blender-methode”)
DNA metabarcoding (directe DNA extractie)
Soorten
28
23
Family
12
18
18
Shannon
4.3
4.3
4.8
Verstoord
Hoog N
Onverstoord
Hoog N
Verstoord
Laag N
Onverstoord
Laag N
Griffiths et al., in prep
eDNA uit de zee: invasieve soorten
Bron: www.damenballastwatertreatment.com
eDNA uit de zee
BaWaBarge: monitoren aanwezigheid invasieve exoten in twee havens




i.s.m. Wageningen Marine Research (Imares)
Brede screening exoten in twee zeehavens (Delfzijl en Eemshaven)
Vergelijking eDNA metabarcoding met conventionele identificatie
Verschillende monstertypen
● Zeewater
● Sediment
● Hard substraat
● SETL-plaatjes
8
The
Methods
aerobiome:
eDNA
uit de luchta diverse community
Verspreiding via de lucht komt algemeen voor!
 Hoe ver?
 Hoe vaak?
 Onder welke omstandigheden?
 Hoe verschilt dit tussen organismen?
Bron: www.nachi.org
eDNA uit de lucht

Hirst “spore sampler” : 7-daagse meting

Pilot-studie te Wageningen (oktober 2015)

2 lokaties x 3 weken (21 dagen) + negatieve controle
16S  bacteriën
18S  schimmels, protisten, fauna
rbcL  planten
Methods
eDNA uit de lucht: planten
62% tuinplanten met pollen in oktober
21% bomen zonder pollen in oktober
7% gewassen geoogst in oktober
Beta vulgaris (Biet)
100%
90%
80%
70%
60%
Cedrus atlantica
(Atlantische ceder)
50%
40%
30%
20%
Quercus robur (Zomereik)
10%
0%
week 1
week 2
week 3
#N/A
Malphigiaceae
Geraniaceae
Lamiaceae
Caprifoliaceae
Solanaceae
Platanaceae
Salicaceae
Oleaceae
Boraginaceae
Amaranthaceae
Araliaceae
Sapindaceae
Cupressaceae
Ranunculaceae
Crassulaceae
Apiaceae
Malvaceae
Rosaceae
Plantaginaceae
Betulaceae
Brassicaceae
Polygonaceae
Rutaceae
Fabaceae
Asteraceae
Euphorbiaceae
Pinaceae
Fagaceae
Urticaceae
Bacterial
Methods
diversity
(16S)
eDNA uit de
lucht: bacteriën
Bacteroidales
(Prevotella)
Sphingobacteriales
100%
N/A
Synergistetes
90%
Chlamydiae
80%
γ-proteobacteria
(Pseudomonas)
Chloroflexi
70%
Verrucomicrobia
Euryarchaeota
60%
Corynebacterium
Candidatus_Saccharibacteria
50%
Deinococcus-Thermus
Clostridiales
40%
Fusobacteria
Acidobacteria
30%
Plant/leaf associated
20%
Gut bacteria
10%
Bacteroidetes
Proteobacteria
Actinobacteria
0%
Firmicutes
week 1
week 2
week 3
Methods
eDNA uit de lucht: eukaryoten
100%
Voornamelijk (95%)
paddestoelen
90%
80%
70%
Plantenziekten
60%
(o.a. Phytophthora)
50%
Kleine insecten
(Psychodidae; motmuggen)
40%
30%
20%
Dierlijke endoparasieten
(o.a. Gregarina)
10%
0%
With Fungi Without Fungi
#N/A
Variosea
Syndiniales
Spirotrichea
Rotifera
Phyllopharyngea
Opalinata
Oomycota
Mycetozoa-Myxogastrea
Mucoromycota
Lobosa
Kickxellomycota
Ichthyosporea
Glomeromycota
Unknown Fungi
Filosa-Thecofilosea
Entomophthoromycota
Embryophyceae
Dinophyceae
Cryptophyceae
Colpodea
Choanoflagellatea
Basidiomycota
Ascomycota
Arthropoda
Apicomplexa
Discussie

(e)DNA metabarcoding veelzijdig inzetbaar
● Haalbaar voor allerlei monstertypen
● Ook voor steeds meer invertebraten merkers + referentiedata aanwezig
● Variëren in (combinaties van) merkers voor andere focus per studie
● Grote aantallen monsters tegen steeds lagere kosten

Resultaten morfologie vs DNA niet altijd 1:1 gelijk
● Vaak hogere soortenrijkdom via DNA
● Nieuwe inzichten (o.a. pathogenen en endo-parasieten)
● Let op wijze van extractie!
14
Met dank aan:
Stefan Geisen
Sander Glorius
Maarten Schrama
Jiayi Qin
Bryan Griffiths
Ivo Laros
Liz Meulenbroek
Pieter Slim
Jasper Wubs
Basten Snoek
Vragen:
[email protected] / 0317-485926
www.wur.nl/nl/product/Ecologische-Genetica-1
(e)DNA uit de bodem halen
Animal elutriation
Morfologie
“Biodiversity soup”
Directe DNA extractie
Totale bodem-DNA
alleen eDNA
(10 gram)
(1 – 5 kg)
Manieren om DNA te isoleren uit bodem
“Blendermethode”
Totaal
bodem-DNA
Qin et al., in prep
alleen eDNA
17
eDNA uit bodem: geeft nieuwe inzichten!
Test van methode voor protisten op basis van monster met bekende
inhoud (mix van protisten, regenworm, arthropoden en nematoden)
Geisen et al., 2015, Molecular Ecology
Eukaryoten
19