五大湖の侵襲性無脊椎動物種を検出するための環境DNA（EDNA）メタバルコードアッセイ

生物多様性の説明と監視は、生態系管理の不可欠な部分を構成します。最近の研究結合メタバルコードと環境DNA（EDNA）は、これらの方法が生物多様性を調査するための重要なツールとして役立つことを示していますが、従来の調査方法に費やされる時間、費用、リソースを大幅に減らします。文献は、マーカーがEDNAアッセイの適用性、感度、解像度の能力を決定するため、遺伝子マーカーの発達の重要性を強調しています。本研究では、MtDNA 16S RNA遺伝子を使用してイルミナMISEQプラットフォームを使用して2つのメタバルコードEDNAアッセイを開発し、ローレンェングレートレイクスおよび周囲の水路で無脊椎動物動物相を検出し、侵襲的な二枚貝および胃足種のモニタリングに使用されます。ランクの豊富な情報を保持しながら、ターゲット種DNAを増幅および配列するマーカーの能力を評価するために、模擬コミュニティを使用した慎重なプライマー設計とin vitroテストを採用しました。私たちの模擬コミュニティでは、読み物は初期入力の存在量を反映しており、回帰はすべての比較に対して有意な勾配（p <0.05）と高い決定係数（R2）を持っています。フィールド環境サンプルのテストにより、相対存在量を測定するマーカーの同様の能力が明らかになりました。これらの無脊椎動物種で利用可能な参照シーケンスデータが限られているため、結果を分析し、種レベルのシーケンス読み取りを特定するときは注意が必要です。これらのマーカーは、軟体動物のEDNAメタバルコード研究を拡張し、回転剤やブリョゾアンなどの他の無脊椎動物分類群に関連していると思われます。さらに、Sphaeriid Mussel Assayはグループ固有であり、Sphaeridaeファミリーの二枚貝のみを増幅し、種レベルの識別を提供します。私たちのアッセイは、マネージャーと保全科学者に有用なツールを提供し、浸潤種の早期発見を促進し、軟体動物の多様性の解決を改善します。

Describing and monitoring biodiversity comprise integral parts of ecosystem management. Recent research coupling metabarcoding and environmental DNA (eDNA) demonstrate that these methods can serve as important tools for surveying biodiversity, while significantly decreasing the time, expense and resources spent on traditional survey methods. The literature emphasizes the importance of genetic marker development, as the markers dictate the applicability, sensitivity and resolution ability of an eDNA assay. The present study developed two metabarcoding eDNA assays using the mtDNA 16S RNA gene with Illumina MiSeq platform to detect invertebrate fauna in the Laurentian Great Lakes and surrounding waterways, with a focus for use on invasive bivalve and gastropod species monitoring. We employed careful primer design and in vitro testing with mock communities to assess ability of the markers to amplify and sequence targeted species DNA, while retaining rank abundance information. In our mock communities, read abundances reflected the initial input abundance, with regressions having significant slopes (p<0.05) and high coefficients of determination (R2) for all comparisons. Tests on field environmental samples revealed similar ability of our markers to measure relative abundance. Due to the limited reference sequence data available for these invertebrate species, care must be taken when analyzing results and identifying sequence reads to species level. These markers extend eDNA metabarcoding research for molluscs and appear relevant to other invertebrate taxa, such as rotifers and bryozoans. Furthermore, the sphaeriid mussel assay is group-specific, exclusively amplifying bivalves in the Sphaeridae family and providing species-level identification. Our assays provide useful tools for managers and conservation scientists, facilitating early detection of invasive species as well as improving resolution of mollusc diversity.