DNAメタバーコーディングを用いた海洋プランクトンの食物網相互作用の再構築

Reconstructing marine plankton food web interactions using DNA metabarcoding.

• S Zamora-Terol
• A Novotny
• M Winder

抄録

海洋生態系の機能や構造を正確に評価するためには、動物プランクトンの食性を知ることが重要であるが、方法論的な制約から、海洋生態系における生態系ネットワークの理解はまだ限られている。本研究では、DNAメタバーコーディングを用いて、動物プランクトン種の自然な食生活を明らかにすることを目的とした、栄養相相互作用の研究を行った。16S rRNA と 18S rRNA の遺伝子を配列決定することにより、橈脚類やクラドセランを含むいくつかの標的消費者を調査し、彼らの腸内に存在する原核生物と真核生物の潜在的な獲物を特定した。春の植物プランクトンの開花期には、珪藻類と二枚鞭毛藻類が橈脚類との間で優勢に結びついていることがわかった。また，夏期には，クラドセランを含む動物プランクトンは，藍藻類と従属栄養性の餌生物を中心に，より多様な食生活を示した。本研究では，橈脚類は季節によって自然の食生活を変化させ，利用可能な獲物スペクトルに合わせて摂食戦略を適応させ，一部の種はより選択的になっていることを示唆している。また、橈脚類とクラドケランの腸内に見られる餌生物の多様性に基づいても、橈脚類とクラドケランが消費する餌生物の数に大きな重複は見られなかった。本研究は、季節変動下での動物プランクトンと餌生物の相互作用を調べる初めての分子的アプローチであり、他の手法とは異なり、DNAを用いた場合には多様性のカバー率が高く、プランクトン群集における広範な相互作用を検出する可能性があることに注目している。

Knowledge of zooplankton in situ diet is critical for accurate assessment of marine ecosystem function and structure, but due to methodological constraints, there is still a limited understanding of ecological networks in marine ecosystems. Here, we used DNA-metabarcoding to study trophic interactions, with the aim to unveil the natural diet of zooplankton species under temporal variation of food resources. Several target consumers, including copepods and cladocerans, were investigated by sequencing 16S rRNA and 18S rRNA genes to identify prokaryote and eukaryote potential prey present in their guts. During the spring phytoplankton bloom, we found a dominance of diatom and dinoflagellate trophic links to copepods. During the summer period, zooplankton including cladocerans, showed a more diverse diet dominated by cyanobacteria and heterotrophic prey. Our study suggests that copepods present trophic plasticity, changing their natural diet over seasons, and adapting their feeding strategies to the available prey spectrum, with some species being more selective. We did not find a large overlap of prey consumed by copepods and cladocerans, based on prey diversity found in their guts, suggesting that they occupy different roles in the trophic web. This study represents the first molecular approach to investigate several zooplankton-prey associations under seasonal variation, and highlights how, unlike other techniques, the diversity coverage is high when using DNA, giving the possibility to detect a wide range of trophic interactions in plankton communities.

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