Can scat-based species identification be a misleading sign of presence? More evidences from northeastern portugal

Marta Alexandre, L. M. Rosalino, D. Hipólito, C. Fonseca, E. Ferreira
{"title":"Can scat-based species identification be a misleading sign of presence? More evidences from northeastern portugal","authors":"Marta Alexandre, L. M. Rosalino, D. Hipólito, C. Fonseca, E. Ferreira","doi":"10.7325/galemys.2020.a5","DOIUrl":null,"url":null,"abstract":"Abstract Species identification of non-invasively collected samples using molecular genetics tools has become an important tool in ecological research. For decades, scat-based ecological studies were almost exclusively rooted in morphological identification of scats, within local context, in the field. However, this approach raised a controversial debate, due to species and context-specific probability of error and lack of validation. In this study, we aimed to test the accuracy of mesocarnivore scats identification, based on morphological criteria, using a carnivore guild in northeastern Portugal as a model and molecular identification as a standard for accuracy of morphological identifications, within local context. While using only expert-based identifications for comparison with molecular identification standard, we have also compared the identifications performed by observers with different levels of experience. We extracted DNA from 63 scats (NE Portugal), which was successfully amplified/sequenced from 83% (n= 52) of the extracts: 38 were molecularly assigned to red fox (Vulpes vulpes), eight to stone marten (Martes foina), two to pine marten (Martes martes) and domestic dog (Canis lupus familiaris) and one to European badger (Meles meles) and common genet (Genetta genetta). There was a tendency for better performance by more experienced researchers, with 67% of scats being correctly assigned, but differences among observers were not significant. Due to the small sample size, only for foxes and stone martens was possible to estimate the error rate in species assignment, based on morphological criteria. False positive rates (% of times a scat was misassigned to a given species) were 4% for fox samples and 62% for stone marten. False negative rates (i.e. the rate at which a scat of a given species was assigned to another species) reached 29% for fox (scats that were initially assigned to stone marten and domestic dog were in fact from fox) and 25% for stone marten (originally misassigned to weasel, Mustela nivalis), respectively. The results support the need to implement molecular methods in ecological studies based on scat identification, so researchers can determine the error rates associated with morphological discrimination to develop accurate monitoring studies. Keywords: Mesocarnivore, Mitochondrial DNA, Monitoring, Non-invasive sampling, Species molecular identification. Resumen La identificacion de especies mediante tecnicas no invasivas, como la genetica molecular, se ha revelado de importancia en la investigacion ecologica. Durante decadas, la identificacion de excrementos en estudios ecologicos se baso casi exclusivamente en la identificacion morfologica de heces, que a menudo tenian en cuenta la informacion sobre el habitat y la ubicacion del excremento. Sin embargo, este enfoque planteaba serios debates, por la elevada probabilidad de error especifico y por la falta de validacion. El objetivo de este estudio es comprobar el grado de precision a la hora de identificar heces de mesocarnivoros mediante criterios morfologicos, validando estos resultados con la identificacion molecular. Mientras utilizamos solo identificaciones realizadas por expertos para comparar con el estandar de identificacion molecular, tambien comparamos las identificaciones realizadas por observadores con diferentes niveles de experiencia. Se extrajo ADN de 63 heces de mesocarnivoros (NE Portugal), de las cuales fue amplificado y secuenciado con exito el 83% (n= 52) de los extractos: 38 se identificaron molecularmente como de zorro (Vulpes vulpes), ocho como de garduna (Martes foina), dos de marta (Martes martes) y perro domestico (Canis lupus familiaris) y uno de tejon (Meles meles) y gineta (Genetta genetta). Debido al pequeno tamano de la muestra, tan solo fue posible estimar la tasa de error de identificacion de excrementos segun criterios morfologicos (% de veces que las heces fueran mal asignadas a una especie determinada en el campo o en el laboratorio) para zorro y garduna: 4% para muestras de zorro y 62% para las de garduna. La tasa de error cuando se asigno el excremento de una especie a otra en el campo o en el laboratorio (confirmada por tecnicas moleculares) alcanzo el 29% para el zorro (heces identificadas inicialmente como de garduna y de perro) y del 25% para la garduna (heces asignadas a comadreja, Mustela nivalis). Los resultados confirman la conveniencia de incluir metodos moleculares en los estudios ecologicos basados en la identificacion de excrementos, de forma que los investigadores puedan determinar la tasa de error asociada con la discriminacion morfologica para desarrollar estudios de monitoreo mas precisos. Palabras clave: ADN mitocondrial, identificacion molecular especies, mesocarnivoro, monitoreo, muestreo no invasivo. DOI: 10.7325/Galemys.2020.A5","PeriodicalId":143015,"journal":{"name":"Galemys, Spanish Journal of Mammalogy","volume":"41 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0000,"publicationDate":"2020-10-01","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":"0","resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":null,"PeriodicalName":"Galemys, Spanish Journal of Mammalogy","FirstCategoryId":"1085","ListUrlMain":"https://doi.org/10.7325/galemys.2020.a5","RegionNum":0,"RegionCategory":null,"ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":null,"EPubDate":"","PubModel":"","JCR":"","JCRName":"","Score":null,"Total":0}
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Abstract

Abstract Species identification of non-invasively collected samples using molecular genetics tools has become an important tool in ecological research. For decades, scat-based ecological studies were almost exclusively rooted in morphological identification of scats, within local context, in the field. However, this approach raised a controversial debate, due to species and context-specific probability of error and lack of validation. In this study, we aimed to test the accuracy of mesocarnivore scats identification, based on morphological criteria, using a carnivore guild in northeastern Portugal as a model and molecular identification as a standard for accuracy of morphological identifications, within local context. While using only expert-based identifications for comparison with molecular identification standard, we have also compared the identifications performed by observers with different levels of experience. We extracted DNA from 63 scats (NE Portugal), which was successfully amplified/sequenced from 83% (n= 52) of the extracts: 38 were molecularly assigned to red fox (Vulpes vulpes), eight to stone marten (Martes foina), two to pine marten (Martes martes) and domestic dog (Canis lupus familiaris) and one to European badger (Meles meles) and common genet (Genetta genetta). There was a tendency for better performance by more experienced researchers, with 67% of scats being correctly assigned, but differences among observers were not significant. Due to the small sample size, only for foxes and stone martens was possible to estimate the error rate in species assignment, based on morphological criteria. False positive rates (% of times a scat was misassigned to a given species) were 4% for fox samples and 62% for stone marten. False negative rates (i.e. the rate at which a scat of a given species was assigned to another species) reached 29% for fox (scats that were initially assigned to stone marten and domestic dog were in fact from fox) and 25% for stone marten (originally misassigned to weasel, Mustela nivalis), respectively. The results support the need to implement molecular methods in ecological studies based on scat identification, so researchers can determine the error rates associated with morphological discrimination to develop accurate monitoring studies. Keywords: Mesocarnivore, Mitochondrial DNA, Monitoring, Non-invasive sampling, Species molecular identification. Resumen La identificacion de especies mediante tecnicas no invasivas, como la genetica molecular, se ha revelado de importancia en la investigacion ecologica. Durante decadas, la identificacion de excrementos en estudios ecologicos se baso casi exclusivamente en la identificacion morfologica de heces, que a menudo tenian en cuenta la informacion sobre el habitat y la ubicacion del excremento. Sin embargo, este enfoque planteaba serios debates, por la elevada probabilidad de error especifico y por la falta de validacion. El objetivo de este estudio es comprobar el grado de precision a la hora de identificar heces de mesocarnivoros mediante criterios morfologicos, validando estos resultados con la identificacion molecular. Mientras utilizamos solo identificaciones realizadas por expertos para comparar con el estandar de identificacion molecular, tambien comparamos las identificaciones realizadas por observadores con diferentes niveles de experiencia. Se extrajo ADN de 63 heces de mesocarnivoros (NE Portugal), de las cuales fue amplificado y secuenciado con exito el 83% (n= 52) de los extractos: 38 se identificaron molecularmente como de zorro (Vulpes vulpes), ocho como de garduna (Martes foina), dos de marta (Martes martes) y perro domestico (Canis lupus familiaris) y uno de tejon (Meles meles) y gineta (Genetta genetta). Debido al pequeno tamano de la muestra, tan solo fue posible estimar la tasa de error de identificacion de excrementos segun criterios morfologicos (% de veces que las heces fueran mal asignadas a una especie determinada en el campo o en el laboratorio) para zorro y garduna: 4% para muestras de zorro y 62% para las de garduna. La tasa de error cuando se asigno el excremento de una especie a otra en el campo o en el laboratorio (confirmada por tecnicas moleculares) alcanzo el 29% para el zorro (heces identificadas inicialmente como de garduna y de perro) y del 25% para la garduna (heces asignadas a comadreja, Mustela nivalis). Los resultados confirman la conveniencia de incluir metodos moleculares en los estudios ecologicos basados en la identificacion de excrementos, de forma que los investigadores puedan determinar la tasa de error asociada con la discriminacion morfologica para desarrollar estudios de monitoreo mas precisos. Palabras clave: ADN mitocondrial, identificacion molecular especies, mesocarnivoro, monitoreo, muestreo no invasivo. DOI: 10.7325/Galemys.2020.A5
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基于粪便的物种识别是否会误导存在的迹象?更多证据来自葡萄牙东北部
摘要利用分子遗传学工具对非侵入性采集标本进行物种鉴定已成为生态学研究的重要手段。几十年来,基于粪便的生态学研究几乎完全植根于粪便的形态鉴定,在当地背景下,在现场。然而,由于物种和环境特定的错误概率和缺乏验证,这种方法引起了有争议的争论。在本研究中,我们以葡萄牙东北部的一个食肉动物公会为模型,以分子鉴定为标准,在当地环境下,基于形态学标准来检验中食肉动物粪便鉴定的准确性。虽然仅使用基于专家的鉴定与分子鉴定标准进行比较,但我们也比较了具有不同经验水平的观察员进行的鉴定。我们从63份葡萄牙东北地区的粪便中提取了DNA,其中83% (n= 52)的DNA被成功扩增/测序:38份被分子定位为红狐(Vulpes Vulpes), 8份被定位为石貂(Martes foina), 2份被定位为松貂(Martes Martes)和家犬(Canis lupus familiaris), 1份被定位为欧洲獾(Meles Meles)和普通犬(Genetta Genetta)。经验丰富的研究人员往往表现得更好,有67%的分数被正确分配,但观察者之间的差异并不显著。由于样本量小,基于形态学标准估计物种分配错误率仅适用于狐狸和石貂。狐狸样本的假阳性率(粪便被错误分配给特定物种的百分比)为4%,石貂样本为62%。狐狸的假阴性率(即某一物种的粪便被分配给另一物种的比率)分别达到29%(最初分配给石貂和家犬的粪便实际上来自狐狸)和25%石貂(最初被分配给鼬鼠,Mustela nivalis)。这些结果支持了在基于粪便识别的生态学研究中实施分子方法的必要性,因此研究人员可以确定与形态学区分相关的错误率,从而开展准确的监测研究。关键词:中食肉动物,线粒体DNA,监测,无创采样,物种分子鉴定植物间的鉴定技术无侵入性、同源性和分子性,在植物生态学研究中具有重要意义。十年来,粪便的鉴别在生态学研究中被认为是基本的,而在形态学鉴定中被认为是基本的,在生态学中被认为是基本的,在生态学中被认为是基本的。在禁运中,este enfoque plantea进行了严肃的辩论,错误的可能性,特别是错误的有效性。目的:对中介药的中介药的形态、效度、鉴别结果、分子鉴别方法进行比较研究。在不同的实验条件下,不同的实验条件下,不同的实验条件下,不同的实验条件下,不同的实验条件下,不同的实验条件下,不同的实验条件下,不同的实验条件下,不同的实验条件下,不同的实验条件下,不同的实验条件下,不同的实验条件下,不同的实验条件下。Se extrajo ADN de 63 heses de mesocarnivoros (NE Portugal), de las cuales fufuificado y secuenciado conexito el 83% (n= 52) de los extractos: 38 Se identificaron molecarmente como de zorro (Vulpes Vulpes), ocho como de garduna (Martes foina), dos de marta (Martes Martes) y perro domestico (Canis lupus familiaris) y uno de tejon (Meles Meles) y gineta (Genetta gentta)。所对应al pequeno tamano de la具体,谭独奏fue最低estimar de错误de la tasa identificacion de excrementos根据甚至morfologicos (% de有时是拉斯维加斯hec fueran mal asignadas una especie determinada en el campo o en el laboratorio)对位佐罗y garduna: 4%对位样品de佐罗y de garduna对位拉斯维加斯62%。La tasa de error可以使用asigna el排泄物,特别是在实验室(confirmada por tecnicas molecororio)中发现29%的parel zoro(这些鉴定为最初的como de garduna y de perro)和25%的parla garduna(这些asignadas a comadreja, Mustela nivalis)。研究结果证实了该方法的便利性,包括分子生物学方法、微生物学方法、微生物鉴别方法、微生物形态鉴别方法、微生物鉴定方法、微生物形态鉴别方法、微生物监测方法等。裂唇蝗:ADN线粒体,鉴定分子种类,中致病性,监测性,非侵袭性。DOI: 10.7325 / Galemys.2020.A5
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