DNA metabarcoding and morphological identification reveal similar richness, taxonomic composition and body size patterns among flying insect communities

IF 3.2 2区农林科学 Q1 ENTOMOLOGY Insect Conservation and Diversity Pub Date : 2024-01-09 DOI:10.1111/icad.12710

Nicole Remmel, Dominik Buchner, Julian Enss, Viktor Hartung, Florian Leese, Ellen A. R. Welti, James S. Sinclair, Peter Haase

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DNA 代谢编码和形态鉴定揭示了飞虫群落中相似的丰富性、分类组成和体型模式

引言飞虫提供关键的生态功能和与人类相关的服务，如授粉、害虫控制和分解（Cardoso 等人，2020 年；Dangles 等人，2011 年；Stepanian 等人，2020 年）。然而，这些功能和服务正受到昆虫数量人为减少的威胁（Clausnitzer 等人，2009 年；Shortall 等人，2009 年；Warren 等人，2001 年）。跟踪这些下降并了解昆虫群落如何应对全球变化，需要在广泛的时空范围内进行监测。这项工作受到常见的后勤限制，包括成本、时间和分类学专业知识的日益缺乏（Geiger 等人，2016 年；Hallmann 等人，2017 年；Kaczmarek 等人，2022 年；Karlsson 等人，2020 年）。基于分子方法的分类鉴定，如 DNA 元条码（以下简称 "元条码"），为克服这些限制提供了一种前景广阔的工具，而且成本和时间投入较低（Buchner 等人，2023 年）。然而，元标码对昆虫群落的真实组成具有一定的不确定性。元条码通常仅限于存在-不存在数据，因为它通常无法提供关于分类群绝对丰度的准确信息，尽管目前正在努力纠正这一问题（例如，Elbrecht & Leese, 2015; Elbrecht, Vamos, et al., 2017; Nichols et al., 2018; Shelton et al., 2023; Sickel et al., 2023）。元标码还可能存在 "生物量偏差"（Elbrecht、Peinert 等人，2017 年）。当低丰度或体型较小的类群因产生的 DNA 模板分子数量相对较少而未在代谢标码研究中被发现时，就会出现这种偏差。缺乏类群丰度数据以及对低丰度和较小体型类群的检测较差，会使对生物多样性、组成和基于性状的群落变化评估出现偏差。这些偏差也可能因昆虫分类群而异。例如，丰度对分类群检测的影响对于往往较大的分类群（如蝴蝶）来说可能相对较小，而体型对通常出现在丰度较高的分类群（如摇蚊科；Karlsson 等人，2020 年）的检测影响可能较小。此外，与传统的形态学方法相比，我们对元标码在多大程度上代表飞虫群落组成的认识仍不完整。有几项研究表明，元条码的表现与形态学方法类似（Elbrecht, Vamos, et al., 2017; Herrera-Mesías et al., 2022; Liu et al., 2020），但大多数研究来自水生生态系统（Buchner, Macher, et al、2021; Elbrecht & Leese, 2015; Groendahl 等人，2017; Mora 等人，2019; Steyaert 等人，2020; Zimmermann 等人，2015）或陆地土壤动物群（Basset 等人，2022; Oliverio 等人，2018）。此外，大多数研究只调查了一小部分确定的目标物种或更高的分类级别（如科级或属级），因此有必要在物种级别对整个群落的代谢标定性能进行研究。此外，一些研究并未使用相同的样本和标本对鉴定方法进行比较（例如，Basset 等人，2022 年；Lobo 等人，2017 年；Mora 等人，2019 年；Schenk 等人，2020 年）。在此，我们比较了基于代谢编码的昆虫生物多样性监测与形态鉴定样本的性能。我们使用了 2019 年期间在德国中部四个不同栖息地和三个不同季节（图 1）从 Malaise 诱捕器中收集的飞虫群落。我们对所有样本中的八个分类群进行了物种级别的形态鉴定，然后通过代谢编码对相同样本进行了鉴定。我们探讨了以下问题：（1）形态学方法和元条码方法对物种丰富度、物种组成和性状组成（特别是群落体型）的估计有何不同？(2) 物种丰度和体型如何影响元条码的检测成功率？ (3) 这些关系在不同昆虫分类群（特别是食蚜蝇、真蝽、蜜蜂和蝴蝶）之间有何不同？我们的研究结果概述了形态学方法和代谢标码方法在表现飞虫群落差异方面的可比性，这对追踪和了解当前人为变化的后果具有重要意义。图 1在图形浏览器中打开PowerPoint在德国莱茵主观测站（红色阴影区域和插图）的四种不同栖息地类型（棕色 = 森林、绿色 = 空地、黄色 = 农业和红色 = 城市）中使用 Malaise 诱捕器进行采样设计。在 2019 年的三个采样季节收集了样本。

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来源期刊

Insect Conservation and Diversity 生物-昆虫学

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期刊介绍： To publish papers of the highest scientific quality within the general area of insect (and other arthropods) conservation and diversity covering topics ranging from ecological theory to practical management. Papers are invited on the following topics: Conservation genetics; Extinction debt; Long-term conservation planning and implementation; Global implications of local or national conservation actions; Management responses of species and communities; Captive breeding programs; Comparisons of restored and natural habitats; Biogeography; Global biodiversity; Metapopulation dynamics; Climate change: impacts on distributions and range; Invasive species: impacts and control; Effects of pollution; Genetic threats to diversity by introgression; Effects of fragmentation on diversity and distribution; Impact of agricultural and forestry practices on biodiversity; Enhancing urban environments for diversity and protection; Biodiversity action plans: can we scale up from insects?; Effectiveness and choice of indicator species; Soil biodiversity and interactions with above-ground biodiversity; Ecological interactions at local levels; Ecological and evolutionary factors influencing diversity and local, regional and global scales; Sustainable livelihoods and training on the ground; Integrating science and policy.