الرئيسيةعريقبحث

الحمض النووي البيئي

☰ جدول المحتويات

في هذا المثال ، تترك السمكة خلفها حمض نووي بيئي أثناء تحركها عبر الماء ، لكن تبددها ببطء مع مرور الوقت.

الحمض النووي البيئي هو الحمض النووي التي يتم تجميعها من مجموعة متنوعة من العينات البيئية مثل التربة ، مياه البحر ، الثلج أو حتى الهواء [1] بدلا من أخذ عينات مباشرة من كائن فردي. كما تتفاعل الكائنات الحية المختلفة مع البيئة، يتم طرد الحمض النووي ويتراكم في المناطق المحيطة بها. تتضمن أمثلة مصادر الحمض النووي البيئي، على سبيل المثال لا الحصر و البراز و المخاط و الأمشاج و الجلد المهترئ و الذبائح والشعر. [2] يمكن تحليل هذه العينات من خلال طرق تسلسل الحمض النووي عالية الإنتاجية، والمعروفة باسم الميتاجينومية والكشف عن نوع واحد [3] من أجل قياس ومراقبة التنوع البيولوجي بسرعة. من أجل التمييز بشكل أفضل بين الكائنات الحية داخل العينة، يتم استخدام استقلاب الحمض النووي الذي يتم فيه تحليل العينة ويستخدم مكتبات دي ان اي التي تمت دراستها مسبقًا لتحديد الكائنات الموجودة (مثل BLAST ). [4] تحليل الحمض النووي البيئي له إمكانات كبيرة، ليس فقط لرصد الأنواع الشائعة، ولكن للكشف الوراثي وتحديد الأنواع الأخرى الموجودة التي يمكن أن تؤثر على جهود الحفظ. [5] تسمح هذه الطريقة بمراقبة بيولوجية دون الحاجة إلى جمع الكائن الحي، مما يخلق القدرة على دراسة الكائنات الحية الغازية، أو المراوغة، أو المهددة بالانقراض دون إدخال ضغوط بشرية المنشأ على الكائن الحي. يساهم الوصول إلى هذه المعلومات الوراثية مساهمة مهمة في فهم حجم السكان وتوزيع الأنواع والديناميات السكانية للأنواع غير الموثقة جيدًا. سلامة عينات الحمض النووي البيئي تعتمد على الحفاظ عليها داخل البيئة. التربة والتربة الصقيعية والمياه العذبة ومياه البحر هي بيئات كبيرة مدروسة جيدًا تم استخراج عينات من الحمض النووي البيئي، كل منها يشمل العديد من البيئات الفرعية المكيفة. [6] بسبب تنوعها، يتم تطبيق الحمض النووي البيئي في العديد من البيئات الفرعية مثل أخذ عينات من المياه العذبة، وأخذ عينات من مياه البحر، وأخذ عينات من التربة الأرضية (التندرا بيرمفروست) ، وأخذ عينات من التربة المائية (النهر، البحيرة، البركة، ورواسب المحيط) ، [7] أو غيرها من البيئات حيث يمكن أن تصبح إجراءات أخذ العينات العادية مشكلة.

مجموعة

الرواسب الأرضية

تنبع أهمية تحليل الحمض النووي البيئي من التعرف على القيود التي قدمتها الدراسات القائمة على الثقافة . [5] تكيفت الكائنات الحية لتزدهر في الظروف المحددة لبيئاتها الطبيعية. على الرغم من أن العلماء يعملون على محاكاة هذه البيئات، إلا أنه لا يمكن إزالة العديد من الكائنات الحية المجهرية واستزراعها في بيئة معملية. [6] بدأت النسخة الأولى من هذا التحليل بـ RNA الريباسي ( حمض نووي ريبوزي ريبوسومي ) في الميكروبات لفهم الميكروبات التي تعيش في بيئات معادية بشكل أفضل. [8] لا يمكن الوصول إلى التركيب الجيني لبعض الميكروبات إلا من خلال تحليل الحمض النووي البيئي. تم تطبيق التقنيات التحليلية للـ الحمض النووي البيئي أولاً على الرواسب الأرضية التي تنتج الحمض النووي من كل من الثدييات المنقرضة والبعيدة والطيور والحشرات والنباتات. [9] عينات المستخرجة من هذه الرواسب الأرضية يتم الرجوع إليها عادة باسم "DNA القديم الرسوبية" (DNA سيدا أو DNA التراب). [10] يمكن أيضًا استخدام تحليل الحمض النووي البيئي لدراسة مجتمعات الغابات الحالية بما في ذلك كل شيء من الطيور والثدييات إلى الفطريات والديدان.

الرواسب المائية

استُخدِم السدنا لاحقًا لدراسة التنوع الحيواني القديم والتحقق منه باستخدام سجلات أحفورية معروفة في الرواسب المائية. [6] الرواسب المائية محرومة من الأكسجين وبالتالي فهي تحمي الحمض النووي من التدهور. بخلاف الدراسات القديمة، يمكن استخدام هذا النهج لفهم التنوع الحيواني الحالي بحساسية عالية نسبيًا. في حين أن عينات المياه النموذجية يمكن أن تتحلل الحمض النووي بسرعة نسبية، يمكن أن تحتوي عينات الرواسب المائية على الحمض النووي المفيد بعد شهرين من وجود الأنواع. [11] تتمثل إحدى المشكلات في الرواسب المائية في أنه من غير المعروف أين أودع الكائن الحي الـ الحمض النووي البيئي لأنه كان يمكن أن يتحرك في عمود الماء.

مائي (عمود الماء)

لقد كان استخدام الـ الحمض النووي البيئي في الرواسب المائية مفيدًا، ولكن يمكن تطبيقه حتى فتح المياه لدراسة اليوم. [7] قبل الحمض النووي البيئي، كانت الطرق الرئيسية لدراسة تنوع المياه المفتوحة هي استخدام الصيد والمحاصرة، الأمر الذي يتطلب التمويل والعمالة الماهرة، وغيرها من الموارد المختلفة، ولكن الحمض النووي البيئي يحتاج فقط عينات من الماء. هذه الطريقة فعالة لأن درجة الحموضة في الماء لا تؤثر على الحمض النووي بقدر ما كان يعتقد سابقًا، ويمكن أن تكون أكثر حساسية بسهولة نسبية. [12] الحساسية هي مدى احتمال ظهور علامة الحمض النووي في المياه التي تم أخذ عينات منها، ويمكن زيادتها ببساطة عن طريق أخذ المزيد من العينات، والحصول على عينات أكبر، وزيادة تفاعل البوليميراز المتسلسل. يتحلل إدنا سريعًا نسبيًا في عمود الماء، وهو أمر مفيد جدًا في دراسات الحفظ على المدى القصير مثل تحديد الأنواع الموجودة. [6]

مسارات الثلج

يستخدم باحثو الحياة البرية في المناطق الثلجية أيضًا عينات ثلجية لجمع واستخراج المعلومات الوراثية حول الأنواع ذات الاهتمام. تم استخدام الحمض النووي من عينات مسارات الثلج لتأكيد وجود أنواع بعيدة المنال ونادرة مثل الدببة القطبية، الثعلب القطبي الشمالي، الوشق، ولفيرين، والصيادين. [13] [14] [15]

يمكن استخدام الحمض النووي البيئي لمراقبة الأنواع على مدار العام ويمكن أن يكون مفيدًا جدًا في مراقبة الحفظ. [16] [17] لقد نجح تحليل الحمض النووي البيئي في تحديد العديد من الأصناف المختلفة من النباتات المائية، [18] الأسماك، بلح البحر، الفطريات [19] [20] وحتى الطفيليات. [21] [8] تم استخدام الحمض النووي البيئي لدراسة الأنواع مع تقليل أي إجهاد يحفز التفاعل البشري، مما يسمح للباحثين بمراقبة وجود الأنواع على نطاقات مكانية أكبر بشكل أكثر كفاءة. [22] [23] الاستخدام الأكثر انتشارًا في الأبحاث الحالية هو استخدام الحمض النووي البيئي لدراسة مواقع الأنواع المعرضة للخطر، والأنواع الغازية، والأنواع الرئيسية في جميع البيئات. يعتبر الحمض النووي البيئي مفيدًا بشكل خاص لدراسة الأنواع ذات الأواهل الصغيرة لأن الـ الحمض النووي البيئي حساس بدرجة كافية لتأكيد وجود نوع ما بجهد قليل نسبيًا لجمع البيانات التي يمكن القيام بها غالبًا مع عينة التربة أو عينة المياه. [5] يعتمد إدنا على كفاءة التسلسل الجيني وتحليلها وكذلك أساليب المسح المستخدمة التي تستمر في أن تصبح أكثر كفاءة وأرخص. [24] أظهرت بعض الدراسات أن عينة الحمض النووي الريبي ( الحمض النووي البيئي) المأخوذة من بيئة مجرى مائي وشاطئ تتحلل إلى مستوى غير قابل للكشف خلال 48 ساعة تقريبًا. [25] [26]

يمكن تطبيق الحمض النووي البيئي كأداة لاكتشاف الكائنات ذات الوفرة المنخفضة في كل من الأشكال النشطة والسلبية. وتستهدف عمليات المسح إدنا النشطة الأنواع أو مجموعات من الأنواع للكشف الفردية باستخدام الكمي في الوقت الحقيقي حساسة للغاية أنواع محددة تفاعل البوليميراز المتسلسل [27] . تستخدم مسوحات الحمض النووي البيئي المنفعلة تسلسل الحمض النووي المتوازي على نطاق واسع لتضخيم جميع جزيئات الحمض النووي البيئي في عينة مع عدم وجود هدف مسبق في الاعتبار تقديم أدلة الحمض النووي بطانية من تكوين المجتمع الحيوي. [28]

مقالات ذات صلة

المراجع

  1. Ficetola, Gentile Francesco; Miaud, Claude; Pompanon, François; Taberlet, Pierre (2008). "Species detection using environmental DNA from water samples". Biology Letters. 4 (4): 423–425. doi:10.1098/rsbl.2008.0118. ISSN 1744-9561. PMID 18400683.
  2. "What is eDNA?". Freshwater Habitats Trust. مؤرشف من الأصل في 15 مايو 2019.
  3. Thomsen, Philip Francis; Willerslev, Eske (2015). Environmental DNA - An emerging tool in conservation for monitoring past and present biodiversity. OCLC 937913966.
  4. Fahner, Nicole (2016). "Large-Scale Monitoring of Plants through Environmental DNA Metabarcoding of Soil: Recovery, Resolution, and Annotation of Four DNA Markers". PLOS ONE. 11 (6): 1–16. doi:10.1371/journal.pone.0157505. ISSN 1932-6203. PMID 27310720 – عبر Directory of Open Access Journals.
  5. Bohmann, Kristine; Evans, Alice; Gilbert, M. Thomas P.; Carvalho, Gary R.; Creer, Simon; Knapp, Michael; Yu, Douglas W.; de Bruyn, Mark (2014-06-01). "Environmental DNA for wildlife biology and biodiversity monitoring". Trends in Ecology & Evolution. 29 (6): 358–367. doi:10.1016/j.tree.2014.04.003. ISSN 1872-8383. PMID 24821515.
  6. Thomsen, Philip Francis; Willerslev, Eske (2015-03-01). "Environmental DNA – An emerging tool in conservation for monitoring past and present biodiversity". Biological Conservation. 183: 4–18. doi:10.1016/j.biocon.2014.11.019.
  7. Tsuji, Satsuki (2016). "Effects of water pH and proteinase K treatment on the yield of environmental DNA from water samples". Limnology. 18: 1–7. doi:10.1007/s10201-016-0483-x. ISSN 1439-8621.
  8. Bass, David (2015). "Diverse Applications of Environmental DNA Methods in Parasitology". Trends in Parasitology. 31 (10): 499–513. doi:10.1016/j.pt.2015.06.013. PMID 26433253.
  9. Willerslev, Eske; Hansen, Anders J.; Binladen, Jonas; Brand, Tina B.; Gilbert, M. Thomas fP.; Shapiro, Beth; Bunce, Michael; Wiuf, Carsten; Gilichinsky, David A. (2003-05-02). "Diverse Plant and Animal Genetic Records from Holocene and Pleistocene Sediments". Science. 300 (5620): 791–795. doi:10.1126/science.1084114. ISSN 0036-8075. PMID 12702808.
  10. Andersen, Kenneth; Bird, Karen Lise; Rasmussen, Morten; Haile, James; Breuning-Madsen, Henrik; Kjaer, Kurt H.; Orlando, Ludovic; Gilbert, M. Thomas P.; Willerslev, Eske (2012-04-01). "Meta-barcoding of 'dirt' DNA from soil reflects vertebrate biodiversity". Molecular Ecology. 21 (8): 1966–1979. doi:10.1111/j.1365-294X.2011.05261.x. ISSN 1365-294X. PMID 21917035.
  11. Turner, Cameron R. (2014). "Fish environmental DNA is more concentrated in aquatic sediments than surface water". Biological Conservation. 183: 93–102. doi:10.1016/j.biocon.2014.11.017. ISSN 0006-3207.
  12. Schultz, Martin (2015). "Modeling the Sensitivity of Field Surveys for Detection of Environmental DNA (eDNA)". PLOS ONE. 10 (10): 1–16. doi:10.1371/journal.pone.0141503. ISSN 1932-6203. PMID 26509674.
  13. "WWF's Arnaud Lyet on measuring wildlife populations". World Wildlife Fund. مؤرشف من الأصل في 31 مارس 201926 نوفمبر 2018.
  14. "eDNA – Not just for fisheries biologists anymore". wildlife.org. 2017-12-08. مؤرشف من الأصل في 31 مارس 201926 نوفمبر 2018.
  15. Roth, Annie (2018-11-19). "How DNA from snow helps scientists track elusive animals". National Geographic. مؤرشف من الأصل في 19 أغسطس 201926 نوفمبر 2018.
  16. Stoeckle, Bernhard (2016). "Environmental DNA as a monitoring tool for the endangered freshwater pearl mussel (Margaritifera margaritifera L.): a substitute for classical monitoring approaches?". Aquatic Conservation: Marine and Freshwater Ecosystems. 26 (6): 1120–1129. doi:10.1371/journal.pone.0156217. ISSN 1932-6203. PMID 27304876.
  17. Souza, Lesley (2016). "Environmental DNA (eDNA) Detection Probability Is Influenced by Seasonal Activity of Organisms". PLOS ONE. 11 (10): 1–15. doi:10.1371/journal.pone.0165273. ISSN 1932-6203. PMID 27776150.
  18. Saeko, Matsuhashi (2016). "Evaluation of the Environmental DNA Method for Estimating Distribution and Biomass of Submerged Aquatic Plants". PLOS ONE. 11 (6): 1–14. doi:10.1371/journal.pone.0156217. ISSN 1932-6203. PMID 27304876.
  19. Tedersoo, Leho; Bahram, Mohammad; Põlme, Sergei; Kõljalg, Urmas; Yorou, Nourou S.; Wijesundera, Ravi; Ruiz, Luis Villarreal; Vasco-Palacios, Aída M.; Thu, Pham Quang (2014-11-28). "Global diversity and geography of soil fungi" ( كتاب إلكتروني PDF ). Science. 346 (6213): 1256688. doi:10.1126/science.1256688. ISSN 0036-8075. PMID 25430773. مؤرشف من الأصل ( كتاب إلكتروني PDF ) في 16 ديسمبر 2019.
  20. Detheridge, Andrew Paul; Comont, David; Callaghan, Tony Martin; Bussell, Jennifer; Brand, Graham; Gwynn-Jones, Dylan; Scullion, John; Griffith, Gareth Wyn (June 2018). "Vegetation and edaphic factors influence rapid establishment of distinct fungal communities on former coal-spoil sites". Fungal Ecology. 33: 92–103. doi:10.1016/j.funeco.2018.02.002. ISSN 1754-5048.
  21. Jones, Rhys Aled; Brophy, Peter M.; Davis, Chelsea N.; Davies, Teri E.; Emberson, Holly; Rees Stevens, Pauline; Williams, Hefin Wyn (2018-06-08). "Detection of Galba truncatula, Fasciola hepatica and Calicophoron daubneyi environmental DNA within water sources on pasture land, a future tool for fluke control?". Parasites & Vectors. 11 (1): 342. doi:10.1186/s13071-018-2928-z. ISSN 1756-3305. PMID 29884202.
  22. Bergman, Paul (2016). "Detection of Adult Green Sturgeon Using Environmental DNA Analysis". PLoS ONE. 11: 1–8. doi:10.1371/journal.pone.015350 (غير نشط 2019-08-20). ISSN 1932-6203.
  23. "A Guide to Environmental DNA (eDNA) by Biomeme". Biomeme. مؤرشف من الأصل في 2 أبريل 2019.
  24. Wang, Xinkun (2016). Next-generation Sequencing Data Analysis. Boca Raton: CRC Press.  . OCLC 940961529.
  25. Seymour, Mathew; Durance, Isabelle; Cosby, Bernard J.; Ransom-Jones, Emma; Deiner, Kristy; Ormerod, Steve J.; Colbourne, John K.; Wilgar, Gregory; Carvalho, Gary R. (2018-01-22). "Acidity promotes degradation of multi-species environmental DNA in lotic mesocosms". Communications Biology. 1 (1): 4. doi:10.1038/s42003-017-0005-3. ISSN 2399-3642. PMID 30271891.
  26. Collins, Rupert A.; Wangensteen, Owen S.; O’Gorman, Eoin J.; Mariani, Stefano; Sims, David W.; Genner, Martin J. (2018-11-05). "Persistence of environmental DNA in marine systems". Communications Biology. 1 (1): 185. doi:10.1038/s42003-018-0192-6. ISSN 2399-3642. PMID 30417122.
  27. Hunter, Margaret E.; Dorazio, Robert M.; Butterfield, John S. S.; Meigs-Friend, Gaia; Nico, Leo G.; Ferrante, Jason A. (2016-11-20). "Detection limits of quantitative and digital PCR assays and their influence in presence-absence surveys of environmental DNA". Molecular Ecology Resources. 17 (2): 221–229. doi:10.1111/1755-0998.12619. ISSN 1755-098X. PMID 27768244.
  28. Opportunities in Ocean Sciences. Washington, D.C.: National Academies Press. 1998-01-01. doi:10.17226/9500.  .

روابط خارجية

موسوعات ذات صلة :