メタバーコード化と顕微鏡分類法を用いた汚染された堆積物の生物指標としての線虫

Nematodes as bioindicators of polluted sediments using metabarcoding and microscopic taxonomy.

• Janina Schenk
• Sebastian Höss
• Marvin Brinke
• Nils Kleinbölting
• Henrike Brüchner-Hüttemann
• Walter Traunspurger

抄録

生物指標種の使用は、生態系の状態を評価するために広く応用されている手法であり、この目的のためにいくつかの指標が設計されてきた。特に堆積物中の汚染の影響を評価するために、最も豊富で種数の多いメタゾア群の一つである線虫に基づく汚染に敏感な指標が開発された。NemaSPEAR[%]指数の原型は、線虫種の形態学的検査に依存しています。本研究では、NemaSPEAR[%]を用いて、線虫の形態学的検査に基づいたNemaSPEAR[%]の属レベルでの適用を検証した。本研究では、線虫群集のメタバーコーディングに基づくNemaSPEAR[%]指標を評価し、28S rDNA、18S rDNA、およびチトクロームcオキシダーゼサブユニットI（COI）遺伝子からの断片の可能性を試験した。一般的に、分子レベルでの結果は、形態学レベルの結果に比べて、調査した部位の状態が悪い傾向にあった。属レベルでは、28S rDNAおよび18S rDNA遺伝子断片について、形態学的データに基づくNemaSPEAR[%]値と分子データに基づくNemaSPEAR[%]値が強く相関していた（それぞれR=0.86およびR=0.74）。形態学的に同定された支配的な属（3％以上）では、68％が2つのリボソームマーカーのうち少なくとも1つで検出された。しかし、種レベルでは、形態学的なデータと分子的なデータの間にいくつかのずれが見られたため、両者の一致性はあまり顕著ではなかった。これらの違いのほとんどは、分子ベースの同定に使用した参照データベースの欠点に起因していると考えられる。我々のパイロット研究では、分子ベースの属レベルのNemaSPEAR[%]が汚染された堆積物の評価にうまく適用できることが示された。今後の研究では、このアプローチをさらに検証する必要がある。例えば、時間のかかる線虫の単離を回避するために、全菌類群集のバルク抽出などが挙げられる。また、豊富なNemaSPEAR[%]種を用いたデータベースのキュレーションをさらに進めていくことで、このアプローチの適用性を高めることができるだろう。

The use of bioindicator species is a widely applied approach to evaluate ecological conditions, and several indices have been designed for this purpose. To assess the impact of pollution, especially in sediments, a pollution-sensitive index based on nematodes, one of the most abundant and species-rich groups of metazoa, was developed. The NemaSPEAR[%] index in its original form relies on the morphological inspection of nematode species. The application of a morphologically based NemaSPEAR[%] at the genus-level was previously validated. The present study evaluated a NemaSPEAR[%] index based on metabarcoding of nematode communities and tested the potential of fragments from the 28S rDNA, 18S rDNA and cytochrome c oxidase subunit I (COI) genes. In general, molecular-based results tended to show a poorer condition than morphology-based results for the investigated sites. At the genus level, NemaSPEAR[%] values based on morphological data strongly correlated with those based on molecular data for both the 28S rDNA and the 18S rDNA gene fragments (R = 0.86 and R = 0.74, respectively). Within the dominant genera (>3%) identified by morphology, 68% were detected by at least one of the two ribosomal markers. At the species level, however, concordance was less pronounced, as there were several deviations of the molecular from the morphological data. These differences could mostly be attributed to shortcomings in the reference database used in the molecular-based assignments. Our pilot study shows that a molecularly based, genus-level NemaSPEAR[%] can be successfully applied to evaluate polluted sediment. Future studies need to validate this approach further, e.g. with bulk extractions of whole meiofaunal communities in order to circumvent time-consuming nematode isolation. Further database curation with abundant NemaSPEAR[%] species will also increase the applicability of this approach.

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