STOWA-onderzoeksproject edna voedselwebanalyses

Transcriptie

1 STOWA-onderzoeksproject edna voedselwebanalyses toepassing edna-techniek voor toestandsbepaling en systeembegrip Sebastiaan Schep en Kees van Bochove

2 TLw 2

3 Doel van vandaag: tweeluik Achtergrond en idee Aanpak en eerste resultaten 3

4 Even voorstellen. Sebastiaan Schep, Aquatisch ecoloog bij Witteveen+Bos Persoonlijke drive: begrip van het functioneren van systemen als basis voor advies Rode draad in mijn projecten: systeemanalyse, relatie soorten-processen-systeem Ecologische Sleutelfactoren, ecologische modellering met PCLake, edna project 4

5 Aanleiding voor dit onderzoeksproject Veel waterlichamen voldoend nog niet aan de ecologische doelen (KRW). 5

6 Aanleiding voor dit onderzoeksproject Systeemanalyse wordt aangegrepen voor het evalueren van maatregelen en doelen Hiervoor is begrip en kennis nodig van: 1. de ecologische toestand zelf hoe ligt het erbij, welke soorten tref ik aan? 2. de systeemkenmerken en processen die de toestand beïnvloeden waardoor is de toestand zoals die is? 6

7 Aanleiding voor dit onderzoeksproject Systeemanalyse wordt aangegrepen voor het evalueren van maatregelen en doelen Hiervoor is begrip en kennis nodig van: 1. de ecologische toestand zelf hoe ligt het erbij, welke soorten tref ik aan? 2. De systeemkenmerken en processen die de toestand beïnvloeden waardoor is de toestand zoals die is? kenmerken en processen meer begrip effectievere maatregelen soortensamenstelling 7

8 Systeemanalyse: enerzijds systeemkenmerken en processen Toestand Nutriënten -belasting Lichtklimaat Bodem 8

9 Systeemanalyse: enerzijds systeemkenmerken en processen Nutriënten -belasting Lichtklimaat Bodem 9

10 Systeemanalyse: anderzijds de ecologische toestand Nutriënten -belasting Toestand -Waterkwaliteit (1 x per maand) - Algen (1 x per maand) - Waterplanten (1 x per jaar) - Vis (1 x per 3 jaar) - Zooplankton (ehm ) - Afstemming, kosten, etc? Lichtklimaat Bodem 10

11 Duiding van deze toestand is cruciaal voor een goed begrip?????? 11

12 We boren met edna een schat met nieuwe gegevens aan 12

13 We boren met edna een schat met nieuwe gegevens aan 13

14 Wat maakt dit project bijzonder? We werken vanuit de Tree of Life in plaats van soorten 14

15 Daarmee leggen we vrijwel het gehele voedselweb bloot Soorten die we kennen: Vis Algen en blauwalgen Zoöplankton Maar ook Bacteriën: Schimmels Protozoa etc 15

16 Vergaande implicaties voor onze kijk op het onderwaterleven?!? 16

17 Potenties voor het waterbeheer Op één moment integraal beeld meerdere groepen: Veel uitgebreider beeld van de toestand en relatie met processen Kunnen we een vingerafdruk maken en dit gaan vergelijken? Diagnose betere duiding van de toestand en inzicht in de processen? we kunnen de effectiviteit van maatregelen beter duiden en volgen? we komen (milieuvreemde) stoffen op het spoor, geen last van detectiegrenzen? Wetenschappelijk we kunnen het voedselweb beschouwen vanuit een nieuw perspectief (bacteriën!) 17

18 Gefaseerde projectopzet Doel: belemmeringen voor (grootschalige) toepassing wegnemen, door: Met waterbeheerders ervaring op te bouwen in praktijkcasussen (toetsen geldigheid, toepasbaarheid en betrouwbaarheid) Vragen te alloceren als input voor wetenschappelijke verdieping (validatie, verbetering techniek, etc) Na denken over benodigdheden voor beleidimplementatie Gezamenlijke database opbouwen voor duiding en interpretatie individuele monsters 18

19 Gefaseerde projectopzet 19

20 Bouwstenen Praktijkvragen en casussen vormen het vertrekpunt (fase 1 en 2). 20

21 Bouwstenen Wetenschappelijke partijen ten behoeve van verdieping: TTW voorstel WUR (Edwin Peeters) en Naturalis (Berry van de Hoorn); DNAquanet via Florian Leese (Universität Duisburg-Essen); (we initiëren een nieuwe working group systeemanalyse); nauwe betrokkenheid en aansluiting bij wensen vanuit STOWA. 21

22 Bouwstenen Netwerkpartijen ter voorbereiding op beleidsmatige implicaties: DNAquanet Europees beleid; STOWA Nederlandse waterbeheerders / Europees beleid; Nederlandse waterbeheerders zelf via cases 22

23 Even voorstellen. Kees van Bochove, Ecoloog bij Datura Molecular Solutions Persoonlijke drive: verbeteren van de ecologische kwaliteit Rode draad in mijn projecten: DNA inzetten bij ecologisch onderzoek Samenwerking met Naturalis 23

24 Onderzoeksopzet en planning Bemonstering qpcr analyse DNA extraction qpcr Resultaten edna concentaties Kwantitatief resultaat Ecologische interpretatie Metabarcoding ATCGATCGGATCGATCGACT GACTGATCGACTGATCGACT GACTAGCTACGTACGATCG ATCGGATCGATCGACTGACT GATCGACTGATCGACTGACT AGCTACGTACGATCGATCG GATCGATCGACTGACTGATC GACTGATCGACTGACTAGCT PCR Library voorbereiding: 2e PCR en zuivering Next Generation Sequencing Bio-informatica Semikwantitatief resultaten

25 Onderzoeksopzet en planning Bemonstering DNA extraction Metabarcoding ATCGATCGGATCGATCGACT GACTGATCGACTGATCGACT GACTAGCTACGTACGATCG ATCGGATCGATCGACTGACT GATCGACTGATCGACTGACT AGCTACGTACGATCGATCG GATCGATCGACTGACTGATC GACTGATCGACTGACTAGCT PCR Library voorbereiding: 2e PCR en zuivering Next Generation Sequencing Bio-informatica Semikwantitatief resultaten

26 Type data De OTU (Operational Taxonomic Unit) vormt de basis; In 70 edna monsters hebben we circa unieke OTU s gedetecteerd; Van elke OTU verkrijgen we een relatieve hoeveelheid edna

27 Onderzoeksopzet en planning Bemonstering qpcr analyse DNA extraction qpcr Resultaten edna concentaties

28 Onderzoeksopzet en planning Bemonstering qpcr analyse DNA extraction qpcr Resultaten edna concentaties Kwantitatief resultaat Ecologische interpretatie Metabarcoding ATCGATCGGATCGATCGACT GACTGATCGACTGATCGACT GACTAGCTACGTACGATCG ATCGGATCGATCGACTGACT GATCGACTGATCGACTGACT AGCTACGTACGATCGATCG GATCGATCGACTGACTGATC GACTGATCGACTGACTAGCT PCR Library voorbereiding: 2e PCR en zuivering Next Generation Sequencing Bio-informatica Semikwantitatief resultaten

29 Unieke universele PCR ontwikkeld Universele primers: bacteriën en eukaryoten (zoöplankton, fytoplankton, enz) in één analyse; Dynamiek tussen bacteriën en eukaryoten wordt zichtbaar; Daarnaast detecteren we ook het edna van vissen.

30 edna concentratie (moleculen/l) Greep uit resultaten tot nu toe op basis van casus Wieden 1,2E+10 1E+10 8E+09 6E+09 4E+09 2E+09 0 Belterwijde oost Belterwijde west Beulakerwijde Bovenwijde Schutsloterwijde april juni augustus 30

31 edna concentratie (moleculen/l) edna concentratie 1,00E+10 1,00E+09 1,00E+08 1,00E+07 Belterwijde oost Belterwijde west Beulakerwijde Bovenwijde Schutsloterwijde april juni augustus grote verandering in het seizoen

32 edna concentratie (moleculen/l) edna concentratie 1,00E+10 1,00E+09 1,00E+08 1,00E+07 Belterwijde oost Belterwijde west Beulakerwijde Bovenwijde Schutsloterwijde april juni augustus

33 Vissen verschuiving in vissamenstelling, bijv. afname aandeel brasem

34 Functionele edna concentratiesgroepen Wieden verschuiving in functionele groepen, bijv. toename tweekleppigen in juni

35 35

36 Functionele edna concentratiesgroepen Wieden verschillen tussen locaties, bijv. aandeel ciliaten

37 Ciliaten

38 Functionele edna concentratiesgroepen Wieden inzicht in verdeling groepen per sample, behoefte aan doorkijk naar soorten

39 Functionele edna concentratiesgroepen Wieden Schutsloterwijde, (phylum)

40 Functionele edna concentratiesgroepen Wieden Schutsloterwijde, (phylum)

41 Vingerafdruk Schutsloterwijde, (phylum) Meest gelijkende samples: 2678: Wilhelminapark, : Belterwijde West, : Belterwijde West,

42 Eerste belangrijke nieuwe inzichten! Casus recreatieplas Delftse Hout (Delfland) jaarlijks zwemverbod door blauwalgen; dit jaar helder, onduidelijk waarom er is gelijktijdig een afname van blauwalgen en toename van zoöplankton te zien; deze diagnose was niet mogelijk geweest met conventionele monitoring; men overweegt nu andere maatregelen, bijv. stimulering van zoöplankton via inrichting. 42

43 Voorlopige conclusies We kunnen: 1. concluderen dat de DNA-concentratie (zeer) sterk toe neemt in de tijd, bovendien is er grote variatie in soorten. Dit levert nieuwe inzichten op; 2. nieuwe soorten/soortgroepen detecteren die belangrijk zijn voor de werking van het systeem, zoals de ciliaten; 3. veel meer (en goedkoper) tegelijkertijd meten en op basis daarvan betere diagnoses stellen en vingerafdrukken, biodiversiteitsindices en beoordelingen ontwikkelen. 43

44 Vragen 44

45 Geïnteresseerd in deelname aan dit onderzoeksproject? Neem contact op met: Sebastiaan Schep Marloes van der Kamp Kees van Bochove 45