Environmental DNA Ontwikkelingen en mogelijkheden

Transcriptie

1 Environmental DNA Ontwikkelingen en mogelijkheden Jelger Herder Nijmegen, 21 maart 2013

2 Veel soorten zijn lastig te vinden Grote modderkruiper Verlandende vegetaties Verstopt zich bij gevaar in de modder Knoflookpad Roept zacht onderwater Korte voortplantingsperiode Exoten Amerikaanse brulkikker Invasiefront exotische grondels 2/34

3 Nieuwe methode: environmental DNA (edna) Dieren die in het water leven laten daarin DNA achter via huidcellen, faeces en urine edna 3/34

4 edna verzamelen met watermonsters Oplossend vermogen van water Snel en efficiënt 4/34

5 Monsters checken op edna in het lab Polymerase chain reaction (PCR) en primers PCR vermeerdert alleen DNA dat aan primers gebonden is M Primers zijn soortspecifiek dna-code gelijk binnen alle subpopulaties 500 bp 250 bp dna-code uniek voor de doelsoort 5/34 Er wordt dus enkel DNA vermeerderd als er DNA van de doelsoort aanwezig is in het monster Doelsoort aanwezig

6 edna toont recente aanwezigheid doelsoort Experimenten tonen dat edna binnen 3 weken afbreekt in water (Dejean et al., 2011) Lab experiment Veld experiment 6/34

7 Voorbeeld edna bij Amerikaanse brulkikkers Eerste toepassing van de methode (Ficetola et al., 2008) Vervolg studie naar verspreiding (Dejean et al., 2012) Traditionele Environmental methoden DNA Eitjes In 38 van zoeken, de 49 larven en wateren roepende brulkikker dieren gevonden (78 In 7 van de 49 procent) wateren brulkikker gevonden (14 procent) 7/34

8 Samenwerking over de grens Beide organisaties vullen elkaar aan Uitvinder edna Jarenlange ervaring Speciaal lab Speciale protocollen 25 professionals 2000 vrijwilligers Kennis ecologie en verspreiding Ervaring met grote projecten 8/34

9 Eerste studie in Nederland In 2011 heeft RAVON i.s.m. Spygen een pilot uitgevoerd voor het opsporen van grote modderkruipers met edna (Herder et al., 2012) Succesvol primers ontwikkeld 87,5% trefkans (7 van 8 wateren succesvol) Vorig jaar zijn er in opdracht van waterschappen grote inventarisaties uitgevoerd. Nieuwe locaties ontdekt maar ook enkele controles gemist! 9/34

10 Environmental DNA knoflookpad In het kader van het NEM Verspreidingsonderzoek zijn er in 2012 edna monsters genomen voor de knoflookpad. 23 historische leefgebieden 4 controles waar de knoflookpad zeker aanwezig was Resultaat 6 historische vindplaatsen toch nog knoflookpad! 3 van de 4 controles scoorden positief (75% trefkans) 17% toename bekende leefgebieden! 10/34

11 Pilotstudies libellen Groene glazenmaker Gevlekte witsnuitlibel 7/9 wateren (trefkans 78%) 6/8 wateren (trefkans 75%) Gemiste locaties (laat Gemiste locatie ook bemonsterd) niet met traditioneel Biedt perspectieven voor snelle screening gevonden wateren Biedt mogelijkheden voor inventarisatie buiten de vliegtijd! 11/34

12 Pilotstudie waterspitsmuis Waterspitsmuis bij uitstek een geschikte soort voor edna? Maar. niet aangetroffen op 10 locaties Mogelijke oorzaken: Toch niet aanwezig op plek van monsteren Klein dier, lage dichtheid 12/34 Levenswijze voornamelijk op land!

13 Pilotstudie noordse woelmuis Noordse woelmuis die dan wel? Hogere dichtheden, leeft langs oevers, zwemt soms. Ja. met edna aangetroffen op 5 van de 10 onderzochte locaties Niet zeker of 5 locaties gemist zijn met edna door niet gelijktijdig vangen vervolgstudie /34

14 Pilotstudie noordse woelmuis extra Noordse woelmuis keutels zijn niet te onderscheiden van aardmuis en veldmuis. Keutelhoopjes zijn te vinden in het veld: Geanalyseerd op DNA noordse woelmuis 5 van de 7 scoorde positief 14/34 2 negatieve onduidelijk welke soort

15 Dichtheden via edna in het lab In het lab Significante relatie tussen aantal larven van kamsalamander en knoflookpad en hoeveelheid edna Thomsen et al., /34

16 Dichtheden via edna in het veld Zwaluwbunders nabij Tilburg 9 wateren in het kader van ruimtelijke ontwikkeling geïnventariseerd met edna, schepnet en fuiken. Resultaten traditioneel In 2 poelen kamsalamander Resultaten edna In 5 poelen kamsalamander Sterkste edna signaal kwam uit poelen met meeste larven! 16/34

17 17/34 Poel 1 - Zwaluwbunders

18 Dichtheden via edna in het veld Resultaten zijn niet eenduidig! Voor grote modderkruiper verschillende malen op zelfde locatie gemonsterd met wisselend resultaat. Factoren van invloed op hoeveelheid edna Activiteit Microbiele activiteit Temperatuur ph Conductiviteit Organisch materiaal Watertype (stroming, verdunning etc.) 18/34 Onderzoek nodig per soort, watertype, periode etc.

19 edna in verschillende habitats Poelen & Vennen Sloten & Moerassen Ficetola et al., 2008; Thomsen et al., 2012 Herder et al., 2012 Stromend water Herder et al., 2011 & 2012 Rivieren en kanalen Goldberg et al., 2011 Jerde et al., /34 edna aangetoond voorbij barrière 93 dagen elektro voor bewijs

20 edna in verschillende habitats Zee Oevers Thomsen et al., 2012 Herder et al., 2012 & 2013 Bodem Honing Andersen et al., 2012 Valentini et al., /34

21 Primers voor groot aantal soorten Naast reeds genoemde soorten ook voor: Amerikaanse rivierkreeft Otter Humus kieuwpootkreeft Karper Bunzing Zwemmersjeuk 21/34

22 Meer primers ontwikkelen Niet voor makkelijk vindbare soorten! Bittervoorn Kleine modderkruiper 22/34 Schepnet vissen

23 Meer primers ontwikkelen Niet voor makkelijk vindbare soorten! Rivierdonderpad Zaklamp vissen! 23/34 Methodologisch onderzoek NEM

24 Primers ontwikkelen Maar wel voor Zeldzaam / moeilijk vindbaar Exoten 24/34

25 De volgende stap: multisequencing Universele primer voor soortgroep Al het DNA van 1 soortgroep vermeerdert in de PCR Al het vermeerderde DNA uitlezen met een multisequencer Op de computer een match maken met database 25/34

26 De volgende stap: multisequencing Afkomst van nectar naar familie in de Pyreneeën. 26/34

27 De volgende stap: multisequencing Reeds succesvol getest door Spygen in Frankrijk Amfibieën in poelen: met edna zelfde of meer soorten dan traditioneel. Vissen in de Rhône: met edna 23 soorten tegen 19 soorten met elektrovissen. 27/34

28 De volgende stap: multisequencing RAVON heeft onderzoek gedaan in Nederland Vergelijking KRW bevissing met edna Voorlopige resultaten (edna monsters nog niet compleet geanalyseerd): edna 19 soorten, elektrovissen 20 soorten. 28/34

29 Uitdagingen Data management 1 run 6 miljard codes Stapel papier van 48 km! Referentie databases Genbank bevat veel fouten Veel soorten nog geen codes Eigen referentiedatabase 29/34

30 Risico s en valkuilen Valse positieven Soort niet aanwezig, wel met edna! Onnauwkeurig werken In het veld In het lab Veldprotocollen, labprotocollen Voor edna ingericht lab Primers niet soortspecifiek Bioinformatica + pilot Theorie versleping door eenden/uitwerpselen Zeer kleine kans! 30/34

31 Risico s en valkuilen Valse negatieven Soort wel aanwezig, niet met edna! Monstername Veldwerkers soortexperts Locatie/methode Periode Labwerk DNA Extractie Primers Labprotocollen, ervaring. Bioinformatica 31/34 Pilot studies!

32 Voordelen environmental DNA Hogere detectiekans Kostenefficiënt Soortspecifiek Geen verstoring Geen exoten / ziektes Betere nulwaarnemingen 32/34

33 Voordelen traditionele methoden Verzamelen info over lengte leeftijd, conditie Feeling met de soorten, creeëren van draagvlak Onschatbare hoeveelheid werk van vrijwilligers is niet te vervangen Ranavirus Draagvlak Vrijwilligers 33/34

34 Zijn er nog vragen?????? 34/34