Hochdurchsatz-DNA-Barcoding von Oligochaeten zur Beurteilung der biologischen Sedimentqualität: Validierung der Methode im Grossmassstab in der Schweiz

Biologische Indizes auf der Basis von Oligochaeten-Gemeinschaften eignen sich gut zur Beurteilung der biologischen Sedimentqualität in Bächen und Seen. Allerdings ist es schwierig und oft sogar unmöglich, Oligochaeten auf Basis ihres Aussehens zu bestimmen. Dies behindert die Routineanwendung der Indizes. Die Bestimmung von Oligochaeten mit Hilfe von DNA-Barcodes (das sind kurze DNA-Sequenzen, die zwischen Einzeltieren einer Art ähnlich sind) überwindet diese Probleme. Im Projekt Synaqua haben wir einen molekularen Oligochaetenindex entwickelt, der auf der Hochdurchsatz-Sequenzierung von genetisch markierten Tieren basiert, um die biologische Sedimentqualität in Gewässern zu beurteilen. Dieser molekulare Ansatz hat den Vorteil, die Anzahl der Tiere einer Art in jeder Probe zu bestimmen, und eignet sich daher besonders gut für die Bewertung der Umweltqualität.

Im Projekt OligoGen wird diese molekulare Methode in Schweizer Fliessgewässern im Grossmassstab validiert. Die Methode wird für die Routineanwendung optimiert und es wird bestimmt, wie viele Tiere pro Standort mindestens sequenziert werden müssen. Am Projektende wird ein technischer Leitfaden publiziert. Ausserdem soll die genetische Datenbank für wasserlebende Oligochaeten der Schweiz erweitert werden.

Parallel dazu entwickeln wir Methoden, die auf dem DNA-Metabarcoding basieren. Dabei werden alle Arten einer bestimmten Organismengruppe identifiziert, die in Umweltproben (z.B. Wasser, Sedimente und gesiebte Sedimente) vorhanden sind. Insbesondere wird die Methode zur Analyse von DNA getestet, die aus Ethanol extrahiert wurde, mit dem gesiebte Sedimentproben konserviert worden waren, und die Möglichkeit der Verwendung von Porenwasser (in feinen/sandigen Sedimenten) als Vektor von Oligochaeten-DNA untersucht. Wir werden prüfen, ob das Porenwasser ausreichende Mengen an Oligochaeten-DNA enthält, um die Zusammensetzung der Oligochaeten-Gemeinschaft bestimmen zu können.

Publikationen

Schlussbericht: OligoGen : Développement de méthodes oligochètes génétiques pour évaluer la qualité biologique des sédiments de cours d’eau
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Synthese: OligoGen : Développement de méthodes oligochètes gé-nétiques pour évaluer la qualité biologique des sédi-ments de cours d’eau
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Literatur 

Vivien, R., Holzmann, M., Werner, I., Pawlowski, J., Lafont, M., Ferrari, B.J.D. (2017) Cytochrome c oxidase barcodes for aquatic oligochaete identification: development of a Swiss reference database. PeerJ 5:e4122
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Vivien, R., Apothéloz-Perret-Gentil, L., Pawlowski, P., Werner, I., Ferrari, B.J.D. (2019) Testing different (e)DNA metabarcoding approaches to assess aquatic oligochaete diversity and the biological quality of sediments. Ecological Indicators 106: 105453
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Vivien, R., Apothéloz-Perret-Gentil, L., Pawlowski, P., Werner, I., Ferrari, B.J.D. (2020) High-throughput DNA barcoding of oligochaetes for abundance-based indices to assess the biological quality of sediments in streams and lakes. Scientific Reports 10, 2041
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