Эффективный и надёжный лабораторный рабочий процесс и база данных по тетраподам для крупномасштабных исследований экологической ДНК

BACKGROUND: The use of environmental DNA for species detection via metabarcoding is growing rapidly. We present a co-designed lab workflow and bioinformatic pipeline to mitigate the 2 most important risks of environmental DNA use: sample contamination and taxonomic misassignment. These risks arise from the need for polymerase chain reaction (PCR) amplification to detect the trace amounts of DNA combined with the necessity of using short target regions due to DNA degradation. FINDINGS: Our high-throughput workflow minimizes these risks via a 4-step strategy: (i) technical replication with 2 PCR replicates and 2 extraction replicates; (ii) using multi-markers (12S,16S,CytB); (iii) a "twin-tagging," 2-step PCR protocol; and (iv) use of the probabilistic taxonomic assignment method PROTAX, which can account for incomplete reference databases. Because annotation errors in the reference sequences can result in taxonomic misassignment, we supply a protocol for curating sequence datasets. For some taxonomic groups and some markers, curation resulted in >50% of sequences being deleted from public reference databases, owing to (i) limited overlap between our target amplicon and reference sequences, (ii) mislabelling of reference sequences, and (iii) redundancy. Finally, we provide a bioinformatic pipeline to process amplicons and conduct PROTAX assignment and tested it on an invertebrate-derived DNA dataset from 1,532 leeches from Sabah, Malaysia. Twin-tagging allowed us to detect and exclude sequences with non-matching tags. The smallest DNA fragment (16S) amplified most frequently for all samples but was less powerful for discriminating at species rank. Using a stringent and lax acceptance criterion we found 162 (stringent) and 190 (lax) vertebrate detections of 95 (stringent) and 109 (lax) leech samples. CONCLUSIONS: Our metabarcoding workflow should help research groups increase the robustness of their results and therefore facilitate wider use of environmental and invertebrate-derived DNA, which is turning into a valuable source of ecological and conservation information on tetrapods.

Аннотация взята из PubMed (NCBI) для цитируемой записи и приводится на языке оригинала. Авторитетной является версия в исходной публикации.

Аннотация оставлена без перевода, чтобы сохранить собственные формулировки авторов.

Предложены лабораторный протокол и биоинформатический конвейер, снижающие два главных риска метабаркодирования экологической ДНК — контаминацию образцов и ошибочную таксономическую идентификацию: технические реплики (2 ПЦР и 2 экстракции), мультимаркеры (12S, 16S, CytB), «двойная маркировка» и вероятностное назначение таксонов PROTAX. Протокол опробован на ДНК из 1532 пиявок (Сабах, Малайзия): получено 162 (строгий критерий) и 190 (нестрогий) детекций позвоночных у 95 и 109 образцов; 16S амплифицировался чаще, но хуже различал виды. Для отдельных таксонов и маркеров кураторство референсных последовательностей исключало >50% записей.

Узнайте, как это исследование связано с клинической практикой

Другие рецензируемые исследования в разделе «Геномика и протеомика».

• Leech Salivary Proteome and Transcriptome: 434 Deduced Protein Sequences — Liu Z, Tong X, Su Y, et al. (2019)
• Medicinal Leech Draft Genome — Anticoagulant Gene Survey — Kvist S, Manzano-Marín A, de Carle D, Trontelj P, Siddall ME (2020)
• Лечение пиявками (Hirudo medicinalis) ослабляет повреждения яичка, вызванные ишемией/реперфузией яичка, на экспериментальной модели у животных — Davoodi F et al. (2021)
• Новый антикоагулянтный белок из медицинской пиявки — Manuvera V et al. (2024)
• AIF-1 и RNASET2 играют комплементарные роли во врождённом иммунном ответе медицинской пиявки — Baranzini N et al. (2019)
• Антимикробные пептиды медицинской пиявки, не обладающие токсичностью, — перспективная альтернативная стратегия борьбы с патогенами, устойчивыми к антибиотикам — Grafskaia E et al. (2019)
• Структурные основы тромболитической активности дестабилазы медицинской пиявки — Marin E et al. (2023)
• Геном медицинской пиявки (Whitmania pigra) и сравнительное геномное исследование для поиска биологически активных веществ — Tong L et al. (2022)
• ЦНС медицинской пиявки как модель изучения экзосом во взаимодействии между микроглией и нейронами — Raffo-Romero A et al. (2018)
• Транскриптомное профилирование и первый анализ пространственной экспрессии генов-кандидатов в слюнной железе восточноазиатской медицинской пиявки Hirudo nipponia — Kim J et al. (2024)

Все исследования, проанализированные ASH →