Genetiske stregkoder bruges til at kvantificere afgørende populationer i et koralrevøkosystem

Næsten alt det vildt varierede, farverige fisk, der befolker koralrev, starter livet som små, farveløs, haletudse-lignende larver. At fortælle den ene fra den anden er næsten umuligt - selv for eksperter - og det er en vanskelig udfordring for dem, der studerer revernes økologi. Prof. Rotem Sorek fra Weizmann Institute of Science; Prof. Roi Holzman fra School of Zoology og Steinhardt Museum of Natural History, Tel Aviv Universitet; og Dr. Moshe Kiflawi fra Ben Gurion University har nu produceret en måde at forstå præcist, hvilke arter af larver der findes i vandet omkring rev. Deres undersøgelse, som indebar genetisk "stregkodning" af næsten alle fiskearterne i bugten mellem Eilat og Aqaba, viste ikke kun, hvilke larver der var i bugten, men hvor mange af hver svømmede rundt, på hvilken tid af året og på hvilke dybder. Denne undersøgelse blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet Naturøkologi og evolution .

"At forstå larvernes typer og fordeling er vigtig af flere årsager, "siger Holzman. Han og Kiflawi er hjemmehørende forskere ved Interuniversity Institute for Marine Sciences (IUI) i Eilat. For det første det er kun larverne, der spredes, vaskes af strømme og strømme, mens voksne revfisk har en tendens til at blive tæt på deres hjemrev. Til de marine økologer, der ville overvåge larverne, de er en integreret del af økosystemet - såvel som dets fremtid. Og da larvetal kan afsløre noget om de potentielle bestande af voksne fisk, overvågning af dem kan også være nyttig for fiskeriforvaltningen.

Forskerne brugte IUI's forskningsfartøj, som er udstyret med sofistikeret gear, der kan prøve larver fra indstillede dybder. De tog prøver af larver to gange om måneden i løbet af et helt år på forskellige steder og dybder nær de to kyster i den smalle kløft såvel som i dens dybe midte. "Vi havde over 10 000 udtagne larver, "siger Kiflawi, "men nuværende teknikker indebærer at inspicere larver under et mikroskop og tælle deres rygsøjler - hvilket kan pege på den taksonomiske familie, men ikke arten, og tager også meget tid. Heldigvis vi havde diskuteret dette med Sorek, der derefter besøgte IUI. "

Soreks laboratorium i Weizmann Instituttets afdeling for molekylær genetik beskæftiger sig normalt med forskellige genomer - bakterier. "Jeg troede, at teknikkerne fra den genomiske forskning, vi anvender i mit laboratorium, kunne bestemme identiteten af ​​larver ved at sekvensere en 'stregkode' fra deres genomer, "siger han. Forskningsstuderende Naama Kimmerling fra Kiflawis laboratorium, Personaleforsker Tamara Gurevitch fra Holzmans laboratorium, forskerstuderende Omer Zuqert og personaleforskere Dr. Gil Amitai og Sarah Melamed fra Soreks laboratorium, sammen med deres forskningsgrupper og kolleger, tilpasset disse teknikker til at identificere fiskelarver.

"Men før vi kunne anvende metoden, "siger Sorek, "vi var nødt til at oprette en database med 'stregkoder' for alle revfiskene i bugten. Det var en bedrift i sig selv. For det, teammedlemmerne begyndte at dykke i bugten for at klippe finnerne af voksne fisk til DNA -analyse. Ultimativt, det lykkedes os at oprette en database med stregkoder for omkring 80% af de vigtigste fiskearter (420 af cirka 540), der vides at hyppige revet. "Genetisk stregkodning er en teknik baseret på sammenligning af DNA'et for et specifikt gen, hvis sekvens varierer fra art til arter. Denne bekvemme, meget præcis "mærkning" teknik har mange anvendelser i verden af ​​biologisk forskning; det var en uomtvistelig måde at matche larver til deres voksne former.

Sekventeringen af ​​larvegenomer blev udført i de avancerede faciliteter på Stephen og Nancy Grand Israel National Center for Personalized Medicine på Weizmann -campus. Indtil nu, at bruge stregkodning til at analysere store prøver har været upraktisk. Men i denne undersøgelse, alt DNA i hver prøve blev sekventeret sammen ved hjælp af en 'metagenomics' teknik, om prøven indeholdt et individ eller 500 larver. "Vi opfandt et 'trick', der matcher billeder af larverne til deres DNA -sekvens, "siger Sorek, "og dette gjorde det muligt for os at fortælle præcis, hvor mange individuelle larver af hver art der var i prøven. Men for at få den ene for hver, vi måtte sekvensere billioner af DNA -baser. "

Alt i alt, holdet sekventerede genomerne på omkring 10, 000 larver i 400 forskellige prøver. Ultimativt, de lavede en slags kort, der kunne fortælle dem, art efter art, hvor mange kunne findes, på hvilken tid af året, på hvilken særlig placering og dybde.

"Fordi vi nu kunne analysere tusindvis af larver med en meget finere opløsning end tidligere var muligt, "siger Kiflawi, "vi kunne nu zoome ind på økologiske forskelle mellem arter. Hvis larverne fra en familie af fisk havde været formodet at leve i både lavt og dybt vand, vi kunne nu se, at nogle arter i familien foretrækker det lave vand, mens andre foretrækker dybere farvande - en forskel, der kan påvirke deres overlevelse og spredning. "

Resultaterne løste også flere mysterier - f.eks. invasionen i Middelhavet af en lille puffefisk kendt som en Spiny blaasop. De voksne fisk lever på flere hundrede meters dybde, alligevel krydser de formodentlig gennem Suez -kanalen, som kun er omkring 25 meter dyb. Undersøgelsen viser, at larverne kan bo på lavvandede områder, og det er sandsynligvis disse, der har bevæget sig langs sejlruterne. Prøveudtagningen viste også larver af fisk, der findes længere sydpå i Det Røde Hav, men ikke i bugten. Dette fund rejste nye spørgsmål om, hvorfor disse larver ikke når det til voksenalderen der.

Sorek:"Selvom den indledende proces var lidt besværlig, vi har nu et glimrende værktøj til overvågning af revøkosystemets sundhed, og andre revforskere kan følge trop. "