Projekti / Programi
Razvoj delujočih protokolov za uporabo eDNA iz mrež pajkov
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.03.03 |
Naravoslovje |
Biologija |
Ekosistemi |
| Koda |
Veda |
Področje |
| B003 |
Biomedicinske vede |
Ekologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.06 |
Naravoslovne vede |
Biologija |
Okoljska DNA, eDNA, metabarkodiranje, DNA barkodiranje, DNA črtne kode, mreže pajkov
Raziskovalci (15)
Organizacije (2)
Povzetek
Biotska pestrost je v zadnjih desetletjih doživela nagel upad, večinoma zaradi antropogenih razlogov. Neprestano izgubljanje biotske pestrosti je eden od najbolj kritičnih okoljskih problemov, ki grozi ne samo z izgubo Zemljine evolucijske zgodovine, ampak tudi z izgubo uporabe ekosistemskih storitev in človeškega blagostanja. Izguba biotske pestrosti tako ostaja eden najresnejših problemov današnjega stoletja.
Aplikacija bioloških podatkov na pomembna družbena vprašanja je v glavnem omejena s pravilno identifikacijo osebkov. Tradicionalne metode monitoringa vrst in identifikacije osebkov se zanašajo na morfološke in vedenjske znake, te metode pa imajo dobro znane pomanjkljivosti. Npr., velika večina biotske pestrosti je še vedno neopisana, nekateri višji taksoni ne tvorijo monofiletskih skupin, tradicionalni, fenotipski viri podatkov pa so nezadostni za identifikacijo vrst in višjih taksonov. Posledično so tradicionalni pristopi k učinkovitemu spremljanju biotske pestrosti pogosto nezadostni. Npr., mnoge vrste je mogoče določiti le v določenih življenjskih ciklih, medtem ko je identifikacijo mogoče izvesti le ob strokovni pomoči, ki je pogosto ni ali je v zatonu. Zraven tega so tradicionalne metode vzorčenja pogosto invazivne, kar velja predvsem za nevretenčarje in vodne ekosisteme. Tradicionalno taksonomsko delo je običajno ročno in časovno potratno in tako ne more nuditi delovnega napora, potrebnega za monitoring okolja, povezan z modernimi izzivi, kot so hitro izginjanje biotske pestrosti, klimatske spremembe in invazivne vrste. Velike omejitve tradicionalnih metod tako jasno kličejo po alternativnih pristopih.
Novi molekulski pristopi, kot je vzorčenje okoljske DNA (eDNA), to je pridobitev genetskega materiala neposredno iz okolja in v odsotnosti izvornega biološkega materiala, lahko potencialno premostijo številne omejitve tradicionalnega monitoringa biotske pestrosti. Pomnoževanje eDNA je mogoče s ciljanjem določene vrste, ali pa s pomnoževanjem genetskega materiala več vrst, slednje predvsem z napredkom t.i. metabarcodinga (množičnega sekveniranja DNA z namenom hkratne identifikacije množice taksonov). Temu ustrezno je eDNA vedno pogosteje uporabljana za naslavljanje ključnih vprašanj v temeljnih in aplikativnih področjih znanosti, npr. ekologiji, molekulski biologiji, naravovarstvu in paleontologiji. Novi postopki tako v vzorčenju raznolikih okolij in organizmov, kot tudi bioinformatski napredek v obdelovanju podatkov obetajo pomembne metodološke novosti. Naši predhodni rezultati iz trenutno potekajočega pilotnega projekta (glej spodaj) kažejo, da so mreže pajkov dober vir eDNA različnih organizmov in tako zagotavljajo novo močno orodje z različnimi možnimi aplikacijami. V zvezi s tem predlagamo razvoj delovnih protokolov za uporabo eDNA iz mrež pajkov na treh različnih in pomembnih raziskovalnih področjih: klasično spremljanje biotske raznovrstnosti, spremljanje mikrobiote v zraku in odkrivanje škodljivih organizmov in invazivnih vrst.
Ta področja bomo obravnavali v treh delovnih paketih (WP). Cilj WP1 je razviti protokole za uporabo eDNA iz mrež pajkov kot dopolnilno metodo tradicionalnemu vzorčenju pajkov, kot graditeljev mrež, čebel iz naddružine Apoidea kot potencialnega plena pajkov in najpomembnejših opraševalcev, in višjih rastlin kot organizmov, ki z mrežami ne pridejo v neposreden kontakt. Cilj WP2 je izvesti pilotne raziskave v uporabnost eDNA iz mrež pajkov kot dopolnilno metodo vzorčenja mikrobiote zraka. Cilj WP3 je pridobitev postopkov za uporabo eDNA iz mrež pajkov za monitoring glivnih škodljivcev v agrikulturi ter za monitoring invazivnih rastlin in živali.
Pomen za razvoj znanosti
Uporaba eDNA je hitro razvijajoče se orodje za reševanje številnih družbenih izzivov. Med najrazličnejšimi aplikacijami je monitoring okolja (biotska raznovrstnost), ocena prehrane živali, rekonstrukcija paleo skupnosti, invazivne vrste, podnebne spremembe itd. V tem kontekstu so pajkove mreže nov in potencialno zelo močan vir sodobnega genskega materiala različnih organizmov, od živali, rastlin in gliv do celo bakterij in virusov. Tukaj predlagana raziskava bo podrobno ocenila uporabnost eDNA iz mrež pajkov in razvila delovne protokole za njegovo uporabo v različnih aplikacijah, od klasičnega monitoringa biotske raznovrstnosti členonožcev in rastlinskih skupnosti, do spremljanja mikrobiote v zraku in odkrivanja invazivnih vrst ter kmetijskih škodljivcev. Zato bodo naši rezultati zelo pomembni v različnih znanstvenih okoljih, kar bi lahko imelo posledice tako za temeljne raziskave kot tudi za naslavlanje ustreznih družbenih problemov.
V treh delovnih paketih si prizadevamo razviti delovne protokole za uporabo eDNA iz mrež pajkov v različnih znanstvenih kontekstih. V WP1 pričakujemo, da bomo uspešno izdelali delovne protokole za oceno uporabe eDNA iz pajčjih mrež pri ocenjevanju lokalnih združb členonožcev (ki jih predstavljajo pajki in čebele) in višjih rastlinskih. Te ugotovitve bodo vzpostavile prve delovne platforme za eDNA iz pajčjih mrež kot poceni in hitro dopolnilno orodje za spremljanje biotske pestrosti. V WP2 pričakujemo, da bomo vzpostavili eDNA iz pajčjih mrež kot uporabno orodje za spremljanje premalo raziskane mikrobiote v zraku, ki je pomembno področje mikrobiologije. Razviti protokoli iz WP2 bi se lahko uporabljali v mikrobni ekologiji, atmosferskih znanostih, pa tudi pri raziskavah o širjenju patogenov in morda celo na področjih, kot je odkrivanje bioterorizma. V WP3 pričakujemo, da bomo uspešno dokazali uporabnost eDNA iz pajčjih mrež pri spremljanju škodljivih organizmov in invazivnih vrst. Pričakujemo, da bodo naši rezultati poudarili zmanjšanje delovne intenzivnosti in stroškov, povezanih s konvencionalnim spremljanjem vsaj nekaterih kmetijskih škodljivcev in invazivnih vrst. Skratka, zagotovili bomo prve delovne in terensko preizkušene platforme za prihodnje raziskave na različnih raziskovalnih področjih, povezanih z eDNA iz pajčjih mrež, od katerih so mnoge verjetno izven naše sedanje domišljije.
Pomen za razvoj Slovenije
The use of eDNA is a rapidly developing tool for tackling several societal challenges. Among the wide range of applications are environmental (biodiversity) monitoring, animal diet assessment, reconstruction of paleo communities, invasive species, climate change, etc. In this context, spider webs represent a novel and potentially very powerful source of contemporary genetic material of a variety of organisms, from animals, plants and fungi, to even bacteria and viruses. The here proposed research will assess in detail the utility of eDNA from spider webs and develop working protocols for its use across diverse possible applications, from classical biodiversity monitoring of arthropod and plant communities, to monitoring of airborne microbiota, and the detection of invasive species and agricultural pests. Thus, our results will be highly relevant in diverse scientific settings, with potential implications for both basic research as well as application to relevant societal problems.
In three work packages, we aim at developing working protocols for the use of eDNA from spider webs in diverse scientific settings. In WP1, we expect to successfully establish working protocols to estimate the use of spider web eDNA in estimating local arthropod (represented by spiders and bees) and vascular plant communities. These findings will establish first working platforms for eDNA from spider webs as a cheap and fast complementary tool for biodiversity monitoring. In WP2, we expect to establish eDNA from spider webs as a useful tool for the monitoring of the under-researched airborne microbiota, an important field of microbiology. Developing protocols in WP2 could be used in microbial ecology, atmospheric science, as well as for pathogen-spread and possibly even fields like bioterrorism detection. In WP3, we expect to successfully demonstrate the utility of eDNA from spider webs in the monitoring of agricultural pests and invasive species. We expect our results to highlight a reduction in the labour intensiveness and costs associated with conventional monitoring of at least some agricultural pests and invasive species. In sum, we will provide first working and field tested platforms for future research in a variety of research fields connected to web derived eDNA, many of which are probably beyond our current imagination.
