eDNA还可以做这个!评估河流鱼类群落稳定性

文摘   2024-09-13 08:03   内蒙古  

鱼类的种类是评估河流生态系统健康状况的关键指标。通过eDNA技术,了解流域内鱼类群落的多样性与稳定性,不仅对流域内的营养循环至关重要,而且有助于提高水生生态系统的整体功能。

凌恩生物专注于环境DNA(eDNA)宏条形码技术的创新应用,精准锁定eDNA生态研究的焦点领域。通过细致深入的分析,全面解析浮游植物与浮游动物的群落结构、进行精确的物种注释,借助随机森林算法,深入探究环境因子与生物群落之间的关联。此外,还能对群落变化的机制进行深入剖析,结合浮游植物与浮游动物的联合分析,识别关键物种。整个分析流程涵盖120余项核心内容,充分满足不同用户的个性化服务需求。凌恩生物基于MitoFish和GenBank等公共数据库,自建了覆盖全面、准确、丰富的MitoFish数据库和GenBank鱼类线粒体数据库,拥有更全的物种分类,更完善的分析内容。同时提供个性化数据库构建,能够满足各类个性化服务要求。分析结果的直观图表可直接应用于学术文章的发表,为eDNA领域的所有科研工作提供强有力的支持,助力科研人员取得显著成果!

发表在《Ecological Indicators》上的文献“Assessing riverine fish community diversity and stability by eDNA metabarcoding”,研究了黄河河流系统中的鱼类多样性、稳定性和群落组装过程,特别的是eDNA可以重建鱼类的系统发育多样性,并发现隐藏的特有物种,并确定了维护生态网络的稳定性的重要物种。

  • 期刊:Ecological Indicators
  • 影响因子:6.9         
  • 发表时间:2023.11

  • 样本类型:水体        
  • DOI: 10.1016/j.ecolind.2023.111222


研究背景

随着对河流生态系统保护和管理重视程度的增加,评估河流中鱼类群落的多样性和稳定性变得尤为重要。鱼类多样性和稳定性对维持生态平衡具有关键作用。然而,传统的鱼类调查方法存在诸多限制,eDNA技术通过检测和分析环境样本中的DNA序列,能够非侵入性地、快速且准确地评估生物多样性和群落结构。

研究方法

分别于干流的8个站点采集了21份水样以及和支流的7个站点采集了20份水样,DNA提取之后进行12S rRNA扩增子测序,引物选择MiFish-F - MiFish-R。同时对两个地点的鱼类群落进行了分析。

图1 研究区域概况

主要内容

01.

鱼类多样性组成和群落组装


在41个样本中的OTU注释到7科11属,其中占比最多的是条鳅科和鲤科(图2)。属水平上,MS(干流)和TB(支流)之间鱼类群落组成存在差异(图3 a)。NMDS分析证实了 MS和 TB之间群落组成的显著差异(图3 b)。采用iCAMP模型构建了解鱼类群落的组装过程,表明随机过程在驱动MS和TB中鱼类群落组装方面发挥着至关重要的作用(图3 c)。

图2 12S rRNA (MiFish)基因序列的系统发育树

图3 MS和TB中群落组成和组装的差异

02.

水文特征与鱼类群落的关系


将MS和TB的水文特征进行了比较(图4),结果表明,两个地点之间的水流量和水位存在显著差异。为了探讨水文特征与鱼类群落组成之间的关系,对每个OTU的reads数与水文变量之间相关性进行了分析(表1)。结果表明水位和水流量之间与鱼类群落的分布显著相关。

图4 MS和TB的水文特征差异

表1 MS 和TB中群落组成和组装的差异

03.

维持群落稳定所需的关键物种


构建了研究区域鱼类群落的分子生态网络以探索鱼类群落内的相互关系。高原鳅属Triplophysa在这些互作网络中占据了核心地位(图5)。LEfSe分析确定了13个MS群落的差异OTU和7个TB群落的差异OTU(图6 a)。21个OTU被确定为MS和TB重要的标志物种,其中Triplophysa sp.9对于区分MS 和TB群落重要性最高(图6 b)。

图5 MS和TB中鱼类群落的分子生态网络

图6 MS和TB中的关键物种筛选

04.

网络稳定性、易损性和复杂性


与TB相比,MS表现出显著更高的稳定性(图7 a)。此外,MS的易损性低于TB(图7 b)。与TB相比,而MS的正内聚力和负内聚力均低于TB(图8)。结果表明 MS 中的鱼类群落鲁棒性更高、易损性更低、竞争性更强,表现出更高的稳定性。

图7 MS和TB中鱼类群落的鲁棒性和易损性比较

图8 MS和TB中鱼类群落内聚力的差异

  总   结

本研究证明了 eDNA 分析在评估鱼类群落的系统发育多样性、群落结构和生态稳定性方面的潜力》。
主要结论如下:

(1)归因于每个系统独特的水文特征,MS 和 TB 在群落组成、群落组装过程和生态稳定性方面存在明显差异;

(2)高原鳅属是MS和TB间最重要的指示物种;

(3)MS和TB中鱼类群落对外部应激源的抵抗力表现出显著差异。



















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凌恩生物自建MitoFish数据库Genbank鱼类线粒体数据库,具体信息如下:

  • 鱼类线粒体基因组数据库mitogenomes
http://mitofish.aori.u-tokyo.ac.jp/download.html

最新版本含有线粒体序列数量:811468

  • 鱼类线粒体COI基因数据库(FishCOI)

根据最新Genbank数据整理,最新版本含有线粒体序列数量:223373


部分分析图片展示

(1)鱼类物种多样性分析(部分分析示意图)
(2)捕捞数据一致性分析(部分分析示意图)

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参考文献:

Songsong G, et al. Assessing riverine fish community diversity and stability by eDNA metabarcoding. Ecological Indicators. 2023.

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