Name: Rurociąg miksturowy do generowania molekularnych operacyjnych jednostek taksonomicznych (MOTU) wśród chrząszczy nadbrzeżnych i wodnych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-07-11T14:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 23 s
Description: Poznaj rurociąg miksturowy do generowania MOTU u chrząszczy nadbrzeżnych i wodnych z rodzaju Anisostena. Ta metoda komputerowa przyspiesza odkrywanie gatunków w tropikach poprzez analizę sekwencji COI.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dziękujemy Urzędowi ds. Rybołówstwa i Zasobów Wodnych (BFAR) oraz zainteresowanym jednostkom samorządu terytorialnego za udzielenie nam uprzedniej świadomej zgody na przeprowadzenie pobierania próbek bioróżnorodności. Dziękujemy dr Hendrikowi Freitagowi za wskazówki dotyczące prac taksonomicznych. Dziękujemy również recenzentom i redakcji za pomocne, konstruktywne uwagi. Na koniec wyrażamy naszą najwyższą wdzięczność dla University Research Council Big Project Grant (URC 2022-09) oraz Open Access Publication Grant Uniwersytetu Ateneo de Manila, SC Johnson Student Research and Development Fund for Environmental Leadership Instytutu Badawczego Nauki i Inżynierii Ateneo oraz LinnéSys: Systematics Research Fund of the Linnean Society of London i Systematics Association za sfinansowanie tego badania.

Nie mamy nic do ujawnienia.

Podczas gdy sekwencje DNA, zwłaszcza COI49, mogą być porównywane z sekwencjami referencyjnymi 22,53,78 w publicznych repozytoriach online 54,55,79,80 dla systemu identyfikacji biologicznej 46, takie podejście jest ograniczone przez dostępne zdeponowane s...

W obliczu bezprecedensowego tempa wymierania gatunków na świecie w różnych taksonach1,2,3,4, dążenie do stworzenia kompleksowego inwentarza różnorodności biologicznej, obejmującego gatunki dotychczas nieodkryte i nieopisane, staje się wyścigiem z czasem2,5. Po pierwsze, ochrona różnorodności biologicznej ma sens jedynie w świetle właściwej wiedzy taksonomicznej6,7. Zatem identyfikacja różnorodności biologicznej na poziomie gatunku jest niezbędna, biorąc pod uwagę, że blisko spokrewnione, lecz odmienne gatunki mogą zajmować unikalne nisze fundamentalne8.
W systematyce chrząszczy taksonomia alfa, czyli taksonomia tradycyjna, stanowi złoty standard w identyfikacji gatunków, podobnie jak w większości, jeśli nie we wszystkich grupach zwierząt9. Podejście to opiera się na cechach morfologicznych w celu klasyfikacji organizmów na wyższych poziomach taksonomicznych oraz zapewnienia identyfikacji na poziomie gatunku10,11. W wielu przypadkach identyfikacja na poziomie rodziny12 lub nawet rodzaju13 może być przeprowadzona wyłącznie na podstawie zewnętrznych cech morfologicznych, takich jak kształt ciała i specjalistyczne adaptacje. Tymczasem identyfikacja gatunkowa chrząszczy jest zazwyczaj przeprowadzana poprzez porównanie szczegółów strukturalnych aedeagusa lub narządów kopulacyjnych samca14,15,16.
Pomimo szerokiej akceptacji tej opartej na morfologii alfa-taksonomii, podejście to do odkrywania gatunków jest utrudnione przez liczne „bariery taksonomiczne”6,17,18, zwłaszcza wśród bezkręgowców19. W systematyce chrząszczy identyfikacja i/lub odkrywanie gatunków za pomocą alfa-taksonomii napotyka trudności związane z ograniczoną liczbą wykwalifikowanych taksonomików20,21, zwięzły i mało informacyjne wcześniejsze opisy22 oraz problemy logistyczne związane z dostępem do literatury i okazów typowych23.
Sytuacja ta jest jeszcze bardziej utrudniona, gdy rozważany takson jest kryptyczny lub mało charakterystyczny. Gatunki kryptyczne to zbiór gatunków z tego samego rodzaju, a nawet z różnych rodzajów, których nie można łatwo rozróżnić na podstawie morfologii porównawczej ze względu na subtelne międzygatunkowe różnice fenetyczne24. Niektóre taksony kryptyczne, określane jako „dark taxa”25,26,27, dodatkowo charakteryzują się wysoką różnorodnością przy jednoczesnym dużym niedoborze badań. Niestety, zjawisko to nie jest rzadkie w przypadku chrząszczy nadrzecznych i wodnych8,28. Brak precyzyjnego wyznaczenia granic gatunkowych wśród kryptycznych „dark taxa” zagraża różnorodności biologicznej, ponieważ jednolite środki ochrony stosuje się wobec organizmów o potencjalnie różnych niszach i wymaganiach ekologicznych8,29.
W obliczu tych wyzwań, „taksonomia integracyjna”23, czyli podejście łączące taksonomię alfa z innym rodzajem dowodów, zyskało popularność w ciągu ostatnich dwóch dekad jako metoda opisywania nowych gatunków30,31,32. Jednym z takich rodzajów dowodów wykorzystywanych w badaniach taksonomii integracyjnej chrząszczy33,34,35,36,37,38,39 oraz innych rzędów owadów40,41,42,43,44,45 jest sekwencjonowanie DNA. W szczególności gen mitochondrialnej podjednostki I cytochromu c oksydazy (COI) jest wykorzystywany do kodowania kreskowego (barcodingu) różnorodnych grup zwierząt ze względu na jego umiarkowany konserwatyzm46,47,48. Podczas gdy jego 658bp-długi koniec 5′ (COI-5′), znany również jako „fragment kodowania kreskowego” lub „fragment Folmera”, został zaproponowany jako sekwencja „diagnostyczna”49, stosowany jest również 723 bp-długi fragment COI-3′ ze względu na dostępność solidnego zestawu starterów dla końca 3′50,51,52.
Podczas gdy kod kreskowy DNA z wykorzystaniem COI został opracowany do identyfikacji na poziomie gatunków, jest on ograniczony przez repozytorium sekwencji a priori 53, takie jak GenBank54 i BOLD55; podejścia do molekularnego wyznaczania granic gatunków określają granice gatunkowe, wykorzystując jedynie dostarczone sekwencje DNA, bez konieczności posiadania wcześniejszego repozytorium56. Istnieją dwie klasy podejść do molekularnego wyznaczania granic gatunków, w zależności od pliku wejściowego. Po pierwsze, stosując dopasowanie sekwencji jako dane wejściowe, podejścia oparte na progach wykorzystują wartości odcięcia do określenia zróżnicowania między gatunkami i wewnątrz gatunków48,57,58. Jako metody oparte na dystansie, podejścia te opierają się na zaobserwowanym maksymalnym dystansie wewnątrzgatunkowym wynoszącym 3% dla owadów, co określa się mianem „luki kodowania” (barcoding gap)51,59. Do podejść opartych na progach należą m.in. SpeciesIdentifier zaimplementowany w TaxonDNA60, dystans genetyczny via model dwuparametrowy Kimury (K2P)61 oraz Assemble Species by Automatic Partitioning (ASAP)62.
Po drugie, wykorzystując drzewo jako plik wejściowy, podejścia oparte na teorii koalescencji identyfikują granice gatunków i sortują niezależne linie poprzez określanie zmian w tempie rozgałęziania linii63,64,66. Często opierając się na filogenetycznej koncepcji gatunku67, podejścia oparte na koalescencji obejmują procesy rozkładu Poissona dla drzew (PTP)68 oraz ich wariant, multi-rate PTP69. W każdym przypadku klastry utworzone przez metody molekularnego delimitowania gatunków określa się zbiorczo jako molekularne operacyjne jednostki taksonomiczne (MOTUs).
W niniejszej pracy przedstawiamy metody potoku analizy służącego do generowania MOTU, obejmujące trzy podejścia oparte na progach oraz trzy podejścia oparte na koalescencji (Rysunek 1). Potok został przetestowany na dwóch zbiorach danych, mianowicie (1) sekwencjach COI-3′ chrząszczy z rodzaju Byrrhinus Motschulsky, 1858 żyjących w strefach nadrzecznych, składającym się z dwóch opublikowanych gatunków35 wyodrębnionych wcześniej za pomocą taksonomii integratywnej oraz dodatkowych sekwencji z nieopisanych gatunków, oraz (2) sekwencjach COI-5′ chrząszczy z rodzaju Anacaena Thomson, 1859, składającym się z sekwencji dwóch opublikowanych gatunków70 wyodrębnionych wcześniej za pomocą alfa-taksonomii oraz dodatkowych sekwencji z nieopisanych gatunków.
<img alt="Schemat analizy sekwencji DNA; dopasowanie, próg, metody koalescencyjne, szacowanie drzewa, etapy MOTU." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68323/68323fig1.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1: Schemat blokowy procesu generowania MOTU. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68323/68323fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>

<table><tbody><tr><td>JAK NAJSZYBCIEJ&nbsp;</td><td>Eksplorator Spart</td><td>https://bioinfo.mnhn.fr/abi/public/asap/asapweb.html</td><td></td></tr><tr><td>Komputer</td><td></td><td>Dowolna jednostka przetwórcza</td><td></td></tr><tr><td>MEGA X&nbsp;</td><td>Oprogramowanie MEGA</td><td>https://www.megasoftware.net/</td><td></td></tr><tr><td>Serwer WWW mPTP</td><td></td><td>https://mptp.h-its.org/#/tree</td><td></td></tr><tr><td>Serwer WWW PTP</td><td>Instytut Studiów Teoretycznych w Heidelbergu (HITS)</td><td>https://species.h-its.org/ptp/</td><td></td></tr><tr><td>Identyfikator gatunku&nbsp;</td><td></td><td>&nbsp; https://taxondna.sourceforge.net/</td><td></td></tr></tbody></table>

rurociąg miksturowy do generowania molekularnych operacyjnych jednostek taksonomicznych (motu) wśród chrząszczy nadbrzeżnych i wodnych

A Concoction Pipeline for Generating Molecular Operational Taxonomic Units (MOTUs) Among Riparian and Aquatic Beetles

Spadek różnorodności biologicznej postępuje w tempie niewyobrażalnym, jednak monitorowanie różnorodności biologicznej jest utrudnione przez wiele czynników, w tym niekompletny spis różnorodności wyjściowej i kurczącą się populację wykwalifikowanych taksonomów. Pokonanie tej przeszkody w inwentaryzacji gatunków "ciemnych taksonów", czyli hiperróżnorodnych grup, często niedostatecznie zbadanych w taksonomii, jest szczególnie istotne w tropikach, które stoją w obliczu nieprzezwyciężonej presji środowiskowej. Podczas gdy alfa-taksonomia oparta na morfologii pozostaje złotym standardem w identyfikacji gatunków, metody oparte na DNA wykazują ogromny potencjał w przyspieszaniu wyznaczania i odkrywania gatunków. W tym miejscu opisujemy potok mikstur do generowania molekularnych operacyjnych jednostek taksonomicznych (MOTU) obejmujący sześć podejść do delimitacji gatunków molekularnych wdrożonych na dwóch bardzo niepozornych rodzajach chrząszczy, a mianowicie Byrrhinus Motschulsky, 1858 z rodziny Limnichidae i Anacaena Thomson, 1859 z rodziny Hydrophilidae, z Filipin. Ponieważ protokół ten koncentruje się na przetwarzaniu kodów kreskowych DNA i biorąc pod uwagę, że te dane genetyczne można uzyskać albo przez sekwencjonowanie, albo przez pobieranie z internetowych baz danych, punktem wyjścia dla opisanego tutaj protokołu są sekwencje DNA. Biorąc pod uwagę kody kreskowe COI, potok wykorzystuje kombinację trzech podejść do delimitacji gatunków molekularnych opartych na progach, a mianowicie TaxonDNA, K2P i ASAP, które wykorzystują wyrównanie sekwencji jako dane wejściowe. Ponadto potok przebiega w oparciu o trzy podejścia oparte na koalescencji, a mianowicie PTP-ML, PTP-BI i mPTP, które wymagają pliku drzewa jako danych wejściowych. Niektóre podejścia wiążą się z użyciem serwerów internetowych, podczas gdy inne wykorzystują oprogramowanie lokalne. Dzięki przedstawionemu doborowi metod algorytmicznych można zidentyfikować MOTU zarówno w drodze konsensusu, jak i większości. Co ciekawe, rurociąg ten wyznaczył niemal rzucające się w oczy gatunki chrząszczy z Filipin, nawet te udokumentowane z tych samych lub sąsiednich miejsc.

W niniejszym artykule zaimplementowano potok analizy delimitacji gatunków molekularnych, obejmujący TaxonDNA, K2P, ASAP, dwa warianty PTP oraz mPTP, w odniesieniu do chrząszczy wodnych i nadrzecznych. Wynik każdego z sześciu podejść określany jest jako „klastry molekularne”, natomiast podsumowanie jako „molekularne operacyjne jednostki taksonomiczne” lub MOTUs75.
Potok przetwarzania concoction został przetestowany na dwóch zbiorach danych. Pierwszy zbiór danych (<strong...

Przedstawiony tutaj protokół ma na celu poprowadzenie użytkowników przez komputerowe przetwarzanie sekwencji genów podjednostki I podjednostki cytochromu c (COI) generowanych przez chrząszcze, tak aby hipoteza grupowania gatunków zwana molekularnymi operacyjnymi jednostkami taksonomicznymi (MOTU) mogła zostać wygenerowana z DNA.

Rurociąg miksturowy do generowania molekularnych operacyjnych jednostek taksonomicznych (MOTU) wśród chrząszczy nadbrzeżnych i wodnych

Biodiversity decline is transpiring at rates unimaginable, yet biodiversity monitoring is hampered by a plethora of factors, including the incomplete ...

Dążąc do przyspieszenia odkrywania gatunków w MEGA różnorodnych tropikach, protokół ten ma na celu wygenerowanie hipotezy grupowania gatunków w chrząszczach wodnych i łęgowych przy użyciu mikstury analizy komputerowej.Ten rurociąg mikstury, który wykorzystywał sekwencję DNA COI, doprowadził do większej ilości dowodów na rozgraniczenie gatunku chrząszcza raftowego z rodzaju Anisostena, który wcześniej został zbudowany tylko na podstawie danych morfologicznych.Protokół ten ma na celu rozwiązanie problemu taksonomicznego, jakim jest odkrywanie gatunków za pomocą taksonomii opartej na morfologii, która jest uważana za złoty standard w systematyce owadów, jest często czasochłonne i mylące dla niedostatecznie zbadanych, ale MEGA zróżnicowanych i bardzo niepozornych chrząszczy wodnych.[Emmanuel] Ten potok generuje molekularne hipotezy pomocnicze zwane MOTU, niezależnie od tego, czy sekwencja odpowiada znanym gatunkom w sekwencjach, do których się odwołuje, czy też gatunki są nieodkryte lub nieopisane.Dzięki temu, zamiast analizować i porównywać setki struktur narządów płciowych chrząszczy jednocześnie, rurociąg zapewnia wstępne grupowanie, na którym próbki mogą być badane pod kątem współg

a-concoction-pipeline-for-generating-molecular-operational-taxonomic

Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

Analizy RNA-Seq stają się coraz ważniejsze dla identyfikacji molekularnych podstaw cech adaptacyjnych w organizmach niemodelowych. W tym miejscu opisano protokół identyfikacji genów o zróżnicowanej ekspresji między komarami Aedes albopictus z diapauzą i bez diapauzy, od hodowli komarów po sekwencjonowanie RNA i analizy bioinformatyczne danych RNA-Seq.

Eksperymentalny i bioinformatyczny protokół do analiz sekwencyjnych RNA diapauzy fotoperiodycznej u azjatyckiego komara tygrysiego, Aedes albopictus

Ten protokół służy do ekstrakcji i koncentracji białka i DNA z biomasy mikrobiologicznej zebranej z wody morskiej, a następnie do generowania peptydów tryptycznych odpowiednich do analizy proteomicznej opartej na tandemowej spektrometrii mas.

Przebieg metaproteomiki mikrobiologicznej organizmów wodnych: od komórek do peptydów tryptycznych odpowiednich do analizy opartej na tandemowej spektrometrii mas

Celem tego protokołu jest dostarczenie użytkownikom zestawu metod do wysokoprzepustowej dekapsulacji zarodków i larw Lymnaea stagnalis w ramach przygotowań do hybrydyzacji in situ całego wierzchowca oraz do późniejszych zabiegów przed i po hybrydyzacji.

Cała metoda hybrydyzacji in situ dla ślimaka Lymnaea stagnalis

Konsorcja mikrobiologiczne w ulach trzmieli wzbogacają i zachowują pyłek dla larw pszczół. Wykorzystując sekwencjonowanie nowej generacji, wraz z eksperymentami laboratoryjnymi i terenowymi, manuskrypt ten opisuje protokoły stosowane do testowania hipotezy, że pozostałości fungicydów zmieniają mikrobiom pyłku i demografię kolonii, ostatecznie prowadząc do utraty kolonii.

Techniki empiryczne, metagenomiczne i obliczeniowe rzucają światło na mechanizmy, za pomocą których fungicydy zagrażają zdrowiu pszczół

Tutaj prezentujemy protokoły hodowli chrząszcza pośredniego zarodka, Dermestes maculatus (D. maculatus) w laboratorium. Udostępniamy również protokoły dla embrionalnego i rodzicielskiego RNAi oraz metody analizy fenotypów embrionalnych w celu zbadania funkcji genów u tego gatunku.

Hodowla i knockdown genów za pośrednictwem dwuniciowego RNA u chrząszcza skórnego, Dermestes maculatus

Najczęstsze analizy zawartości jelit makrobezkręgowców są wizualne. Wymagając intensywnej wiedzy na temat różnorodności morfologicznej organizmów drapieżnych, pomijają zdobycz o miękkim ciele, a ze względu na silne rozdrobnienie zdobyczy są prawie niemożliwe dla niektórych organizmów, w tym obunogów. Zapewniamy szczegółowe, nowatorskie podejścia genetyczne do identyfikacji zdobyczy makrobezkręgowców w diecie obunogów.

Protokół laboratoryjny do analizy genetycznej zawartości jelit makrobezkręgowców wodnych przy użyciu starterów rDNA specyficznych dla grupy

To jest protokół do modelowania spektrum wielkości (relacji skalowania między indywidualną masą a gęstością populacji) dla połączonych danych o rybach i bezkręgowcach ze strumieni i rzek, w których można brodzić. Metody obejmują: techniki terenowe do ilościowego pobierania próbek ryb i bezkręgowców; metody laboratoryjne do standaryzacji danych terenowych; i statystyczna analiza danych.

Modelowanie spektrum wielkości makrobezkręgowców i ryb w ekosystemach strumieni

Ochrona małży słodkowodnych zależy od monitorowania wzorców i procesów reprodukcyjnych gatunków. Badanie to standaryzuje nieśmiertelny protokół pobierania próbek zawartości skrzeli, charakteryzowania rozwoju larwalnego i zapewnienia cyfrowego repozytorium zebranych danych. Ten pakiet protokołów i baz danych będzie ważnym narzędziem dla badaczy małży w odbudowie zagrożonych gatunków.

Standaryzacja nieletalnej metody charakterystyki stanu rozrodczego i rozwoju larwalnego małży słodkowodnych (Bivalvia: Unionida)

Interferencja RNA jest szeroko stosowaną, potężną techniką manipulowania ekspresją genów na określonych etapach rozwoju. Tutaj opisujemy niezbędne kroki do wdrożenia tej techniki u wodnego chrząszcza nurkującego Thermonectus marmoratus, od nabycia sekwencji genów po knockdown genów wpływających na strukturę lub zachowanie.

Interferencja RNA u chrząszczy wodnych jako potężne narzędzie do manipulowania ekspresją genów w określonych punktach rozwojowych

Artykuł opiera się na stworzeniu dostosowanego protokołu do skanowania, wykrywania, sortowania i identyfikowania zdigitalizowanych obiektów odpowiadających makrobezkręgowcom rzecznym bentosowym za pomocą procedury półautomatycznego obrazowania. Procedura ta pozwala na uzyskanie indywidualnych rozkładów wielkości i metryk wielkości zbiorowiska makrobezkręgowców w ciągu około 1 godziny.

Automatyczne przetwarzanie obrazu w celu określenia struktury wielkości zbiorowiska makrobezkręgowców rzecznych

Pokazujemy sprawdzoną metodę bezpiecznego obchodzenia się z pszczołami zebranymi na polu. Metoda ta umożliwia szybką manipulację, identyfikację, pobieranie próbek genetycznych i potwierdzanie interakcji między roślinami a owadami za pomocą pyłku pobranego podczas pobierania próbek. Podejście to, łatwe do adaptacji, oferuje opłacalny, nieśmiercionośny sposób badania rzadkich grup owadów.

Szybka metoda ograniczania i bezpiecznego obchodzenia się z pszczołami w terenie

Poznaj rurociąg miksturowy do generowania MOTU u chrząszczy nadbrzeżnych i wodnych z rodzaju Anisostena. Ta metoda komputerowa przyspiesza odkrywanie gatunków w tropikach poprzez analizę sekwencji COI.

Rurociąg miksturowy do generowania molekularnych operacyjnych jednostek taksonomicznych (MOTU) wśród chrząszczy nadbrzeżnych i wodnych (Wideo) | JoVE Journal

Rurociąg miksturowy do generowania molekularnych operacyjnych jednostek taksonomicznych (MOTU) wśród chrząszczy nadbrzeżnych i wodnych

Przeglądaj więcej filmów