用于监测和保护陆生节肢动物的 eDNA：系统地图和条形码库评估的启示

IF 3.2 2区农林科学 Q1 ENTOMOLOGY Insect Conservation and Diversity Pub Date : 2024-03-08 DOI:10.1111/icad.12726

Camila Leandro, Pierre Jay-Robert, Julien Pétillon

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摘要

引言生物多样性研究传统上依赖于目标类群的形态鉴定，尽管后者往往耗费时间，有时还需要昂贵的设备和丰富的分类学专业知识。随着大规模并行测序技术的发展以及分子工具和过程的民主化，遗传信息的使用越来越多，从而开辟了令人兴奋的新途径，甚至无需采集目标个体或群落就能收集有关多样性模式的信息（Creer 等人，2016 年；Taberlet 等人，2012 年；Valentini 等人，2009 年）。环境 DNA（eDNA）代谢编码是一种利用环境中自由存在的遗传物质（土壤、粪便、粘液、毛发等）来检测和识别多个物种的技术，已被证明是传统识别方法的一种替代方法（Ruppert 等，2019 年）、从长远来看，eDNA 代谢编码被称为生物多样性调查的未来，速度更快、成本更低，在某些情况下似乎优于其他生物监测方法（Barnes & Turner, 2016; Klymus 等人, 2017; Pawlowski 等人, 2021）。eDNA 能够区分形态学上的隐匿物种，通过相对遗传距离区分类群，无需直接观察或进行侵入性调查即可检测生物，这些都赋予了 eDNA 方法实用优势和更好的生命研究能力（Lawson Handley，2015 年；Ruppert 等人，2019 年；Taberlet 等人，1999 年）。利用环境 DNA（eDNA）的方法还能揭示更多关于种内遗传信息的复杂细节，从而进行种群遗传分析并得出种群丰度估计值（Andres 等人，2023 年）。此外，用于类群鉴定的DNA条形码等分子信息的公共可用性也大大增加，使元条码成为区分群落DNA样本中物种的有效工具。因此，在过去十年中，eDNA研究显著增加，并引起了生态学不同领域的关注（Taberlet等人，2018）。当 eDNA 研究从微生物（细菌、古生菌、真菌）转向宏观生物（2000 年以前）时，主要发展了两种方法。第一种是通过在稳定和有利的条件下保存几个世纪甚至上千年的持久 DNA 来重建古代群落（Willerslev 等人，2003 年）。第二种是 Ficetola 等人（2008 年）发表的具有里程碑意义的论文，其重点是寻找可能难以捉摸或稀有的当代物种。Epp 等人（2010 年）利用 eDNA 代谢编码比较了湖泊沉积物中过去和现在的群落，在前两种方法之间架起了桥梁。一些学者通过生物体（即摄取的 DNA 或 iDNA）或环境样本对饮食进行分析，可视为 eDNA 领域的第三种方法，即对粪便、肠道内容物或整个身体进行元条码分析；然而，基于采样生物体的分析方法可能会影响生物体的完整性，因此不能被视为严格意义上的 eDNA 样本（Lefort 等人，2022 年）、这三种方法都被用于物种和生态系统的清查：eDNA 被用于检测稀有或入侵物种，以进行生物多样性管理（Trujillo-González et al、2022 年）、评估污染的影响（Chariton 等人，2015 年；Hajibabaei 等人，2011 年；Thomsen 等人，2012 年；Uchida 等人，2020 年）、重建生态时间序列（Bálint 等人，2018 年）、制定恢复计划（Ji 等人，2013 年）、为入侵物种提供建议（Thomsen 等人，2012 年；Uchida 等人，2020 年）、然而，尽管 eDNA 监测计划正在生态学领域推广，但目前主要应用于淡水和海洋生态系统。使用 eDNA 方法对陆地生物的研究很少，尤其是节肢动物，它们是分布最广、数量最多的动物分类群（Giribet & Edgecombe, 2019）。这主要有两个原因。首先，与其他类群（如哺乳动物和鸟类）相比，陆生节肢动物的研究不足，在保护战略和大规模监测计划中通常被忽视（Beck & McCain, 2020; Donaldson 等人, 2016; Troudet 等人, 2017）。事实上，节肢动物种类繁多，数量巨大，因此很难从生理、生物和生态学角度对其进行研究（Cardoso 等人，2011 年）。这就需要大量的分类学专业知识，而这些专业知识正变得越来越稀缺（Coleman & Radulovici, 2020; Yu et al.）然而，节肢动物参与了多种功能过程，因此也参与了全球生态系统服务（Prather 等人，2013 年；Schowalter，2013 年；Wilson，1987 年）。

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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.