Los métodos de códigos de barras de ADN para peces se utilizan para identificar grupos de peces basados en secuencias de ADN dentro de regiones seleccionadas de un genoma . Estos métodos se pueden utilizar para estudiar peces, ya que el material genético, en forma de ADN ambiental (eDNA) o células, se difunde libremente en el agua. Esto permite a los investigadores identificar qué especies están presentes en un cuerpo de agua recolectando una muestra de agua, extrayendo ADN de la muestra y aislando secuencias de ADN que son específicas para la especie de interés. [1] Los métodos de códigos de barras también se pueden utilizar para el biomonitoreo y la validación de la seguridad alimentaria , la evaluación de la dieta animal y la evaluación de las redes alimentarias.y distribución de especies, y para la detección de especies invasoras . [1]
En la investigación pesquera, los códigos de barras se pueden utilizar como alternativa a los métodos de muestreo tradicionales. Los métodos de códigos de barras a menudo pueden proporcionar información sin dañar al animal estudiado. [2]
Los ambientes acuáticos tienen propiedades únicas que afectan la forma en que se distribuye el material genético de los organismos. El material de ADN se difunde rápidamente en ambientes acuáticos, lo que hace posible detectar organismos de un área grande al tomar muestras de un lugar específico. [1] Debido a la rápida degradación del ADN en ambientes acuáticos, las especies detectadas representan la presencia contemporánea, sin señales confusas del pasado. [3]
La identificación basada en ADN es rápida, confiable y precisa en su caracterización a través de las etapas de la vida y las especies. [4] Las bibliotecas de referencia se utilizan para conectar secuencias de códigos de barras a especies individuales y se pueden utilizar para identificar las especies presentes en muestras de ADN. Las bibliotecas de secuencias de referencia también son útiles para identificar especies en casos de ambigüedad morfológica , como en estadios larvales . [4]
Las muestras de eDNA y los métodos de códigos de barras se utilizan en la gestión del agua , ya que la composición de especies se puede utilizar como indicador de la salud del ecosistema. [5] Los métodos de códigos de barras y metabarcos son particularmente útiles para estudiar peces en peligro de extinción o escurridizos, ya que las especies pueden detectarse sin atrapar o dañar a los animales. [6]
Aplicaciones
Vigilancia ecológica
La legislación nacional e internacional exige el biomonitoreo de los ecosistemas acuáticos (por ejemplo, la Directiva marco sobre el agua y la Directiva marco sobre la estrategia marina ). Los métodos tradicionales consumen mucho tiempo e incluyen prácticas destructivas que pueden dañar a los individuos de especies raras o protegidas. El código de barras de ADN es un método rápido y relativamente rentable para identificar especies de peces en ambientes acuáticos. La presencia o ausencia de especies de peces clave se puede establecer utilizando eDNA de muestras de agua y se puede estudiar la distribución espacio-temporal de las especies de peces (por ejemplo, el momento y la ubicación del desove ). Esto puede ayudar a descubrir, por ejemplo, los impactos de las barreras físicas, como la construcción de presas y otras perturbaciones humanas. Las herramientas de ADN también se utilizan en estudios dietéticos de peces y en la construcción de redes alimentarias acuáticas . La codificación metabar del contenido del intestino o las heces del pescado identifica las especies de presas consumidas recientemente. Sin embargo, se debe tener en cuenta la depredación secundaria. [7]
Especies invasivas
La detección temprana es vital para el control y la eliminación de especies no autóctonas y ecológicamente dañinas (por ejemplo, el pez león ( Pterois sp.) En el Atlántico y el Caribe). La codificación metabar de eDNA se puede utilizar para detectar especies crípticas o invasoras en ecosistemas acuáticos. [8]
Ordenación pesquera
Los enfoques de códigos de barras y metabarcos proporcionan datos rigurosos y extensos sobre el reclutamiento, la ecología y la distribución geográfica de los recursos pesqueros. Los métodos también mejoran el conocimiento de las áreas de cría y desove, con beneficios para la ordenación pesquera. Los métodos tradicionales de evaluación de la pesca pueden ser muy destructivos, como el muestreo con redes de enmalle o la pesca de arrastre. Los métodos moleculares ofrecen una alternativa para el muestreo no invasivo. Por ejemplo, el código de barras y el metabarcoding pueden ayudar a identificar los huevos de peces en las especies para garantizar datos confiables para la evaluación de poblaciones, ya que ha demostrado ser más confiable que la identificación a través de caracteres fenotípicos. Los códigos de barras y los metabarcoding también son herramientas poderosas en el seguimiento de las cuotas de pesca y las capturas accesorias. [9]
El eDNA puede detectar y cuantificar la abundancia de algunas especies anádromas , así como su distribución temporal. Este enfoque puede utilizarse para desarrollar medidas de ordenación adecuadas, de particular importancia para la pesca comercial. [10] [11]
Seguridad alimenticia
La globalización de las cadenas de suministro de alimentos ha provocado una mayor incertidumbre sobre el origen y la seguridad de los productos a base de pescado. Los códigos de barras se pueden utilizar para validar el etiquetado de productos y rastrear su origen. El “fraude de pescado” se ha descubierto en todo el mundo. [12] [13] Un estudio reciente de supermercados en el estado de Nueva York encontró que el 26,92% de las compras de productos del mar con un código de barras identificable estaban mal etiquetadas. [14]
Los códigos de barras también pueden rastrear especies de peces, ya que puede haber riesgos para la salud humana relacionados con el consumo de pescado . Además, las biotoxinas se pueden concentrar ocasionalmente cuando las toxinas ascienden en la cadena alimentaria. Un ejemplo se relaciona con especies de arrecifes de coral donde se ha detectado que peces depredadores como la barracuda causan intoxicación por peces Ciguatera . Estas nuevas asociaciones de intoxicación por pescado pueden detectarse mediante el uso de códigos de barras de pescado.
Protección de especies amenazadas
Los códigos de barras se pueden utilizar en la conservación de especies en peligro de extinción mediante la prevención del comercio ilegal de especies incluidas en la CITES . Existe un gran mercado negro de productos a base de pescado y también en el comercio de acuarios y mascotas. Para proteger a los tiburones de la sobreexplotación, se puede detectar el uso ilegal a partir de los códigos de barras de la sopa de aleta de tiburón y las medicinas tradicionales. [15]
Metodología
Muestreo en ambientes acuáticos
Los entornos acuáticos tienen atributos especiales que deben tenerse en cuenta al tomar muestras para la codificación de metabarras de ADN electrónico de peces . El muestreo de agua de mar es de particular interés para la evaluación de la salud de los ecosistemas marinos y su biodiversidad. Aunque la dispersión de eDNA en el agua de mar es grande y la salinidad influye negativamente en la conservación del ADN, una muestra de agua puede contener grandes cantidades de eDNA de peces hasta una semana después de la toma de muestras. Las moléculas libres, el revestimiento intestinal y los restos de células de la piel son las principales fuentes de eDNA de pescado. [dieciséis]
En comparación con los entornos marinos, los estanques tienen propiedades biológicas y químicas que pueden alterar la detección de eDNA. El pequeño tamaño de los estanques en comparación con otros cuerpos de agua los hace más sensibles a las condiciones ambientales, como la exposición a la luz ultravioleta y los cambios de temperatura y pH. Estos factores pueden afectar la cantidad de eDNA. Además, los árboles y la densa vegetación alrededor de los estanques representan una barrera que evita la aireación del agua por el viento. Tales barreras también pueden promover la acumulación de sustancias químicas que dañan la integridad del eDNA. [17] La distribución heterogénea del eDNA en los estanques puede afectar la detección de peces. La disponibilidad de eDNA de peces también depende de la etapa de vida, la actividad, la estacionalidad y el comportamiento. Las mayores cantidades de eDNA se obtienen del desove, las etapas larvarias y la actividad de reproducción. [18]
Regiones de destino
El diseño de la cartilla es crucial para el éxito de la metabarcoding. Algunos estudios sobre el desarrollo de cebadores han descrito el citocromo B y el 16S como regiones objetivo adecuadas para la codificación metabar de peces. Evans y col . (2016) describieron que los conjuntos de cebadores Ac16S y L2513 / H2714 pueden detectar especies de peces con precisión en diferentes mesocosmos. [19] Otro estudio realizado por Valentini et.al. (2016) mostraron que el par de cebadores L1848 / H1913, que amplifica una región del locus de ARNr 12S, pudo alcanzar una alta cobertura taxonómica y discriminación incluso con un fragmento objetivo corto. Esta investigación también evidenció que en el 89% de los sitios de muestreo, el enfoque de metabarcoding era similar o incluso más alto que los métodos tradicionales (por ejemplo, métodos de pesca eléctrica y redes). [20] Hänfling y col. (2016) realizaron experimentos de metabarcoding centrados en comunidades de peces de lago utilizando pares de cebadores 12S_F1 / 12S_R1 y CytB_L14841 / CytB_H15149, cuyos objetivos se ubicaron en las regiones mitocondriales 12S y citocromo B respectivamente. Los resultados demuestran que la detección de especies de peces fue mayor cuando se utilizaron cebadores 12S que con CytB. Esto se debió a la persistencia de fragmentos 12S más cortos (~ 100 pb) en comparación con el amplicón CytB más grande (~ 460 pb). [21] En general, estos estudios resumen que deben tomarse consideraciones especiales sobre el diseño y la selección de los cebadores de acuerdo con los objetivos y la naturaleza del experimento.
Bases de datos de referencia de peces
Hay una serie de bases de datos de acceso abierto disponibles para investigadores de todo el mundo. La identificación adecuada de especímenes de peces con métodos de códigos de barras de ADN depende en gran medida de la calidad y la cobertura de especies de las bases de datos de secuencias disponibles . Una base de datos de referencia de peces es una base de datos electrónica que normalmente contiene códigos de barras de ADN, imágenes y coordenadas geoespaciales de especímenes de peces examinados. La base de datos también puede contener enlaces a especímenes de cupones, información sobre distribución de especies, nomenclatura, información taxonómica autorizada, información colateral de historia natural y citas bibliográficas. Las bases de datos de referencia pueden estar curadas, lo que significa que las entradas están sujetas a la evaluación de expertos antes de ser incluidas, o sin curar, en cuyo caso pueden incluir una gran cantidad de secuencias de referencia pero con una identificación de especies menos confiable.
FISH-BOL
Lanzada en 2005, The Fish Barcode of Life Initiative (FISH-BOL) www.fishbol.org es una colaboración de investigación internacional que está reuniendo una biblioteca de secuencias de ADN de referencia estandarizada para todas las especies de peces. [22] Es un proyecto de investigación mundial concertado con el objetivo de recopilar y ensamblar secuencias de códigos de barras de ADN estandarizadas y datos de procedencia de comprobantes asociados en una biblioteca de secuencias de referencia curada para ayudar a la identificación molecular de todas las especies de peces. [23]
Si los investigadores desean contribuir a la biblioteca de referencia FISH-BOL, se proporcionan pautas claras para la recolección de muestras, imágenes, preservación y archivo, así como protocolos de recolección y envío de metadatos. [24] La base de datos Fish-BOL funciona como un portal para los sistemas de datos de código de barras de la vida (BOLD) .
Base de código de barras de peces de la Polinesia Francesa
La base de datos de códigos de barras de peces de la Polinesia Francesa contiene todos los especímenes capturados durante varios viajes de campo organizados o en los que ha participado CRIOBE (Centro de Investigación Insular y Observatorio Ambiental) desde 2006 en los Archipiélagos de la Polinesia Francesa. Para cada muestra clasificada, puede estar disponible la siguiente información: nombre científico, imagen, fecha, coordenada GPS, profundidad y método de captura, tamaño y secuencia de ADN de la subunidad 1 de la citocromo oxidasa c (CO1). La base de datos se puede buscar usando el nombre (género o especie) o usando una parte de la secuencia de ADN de CO1.
Aquagene
Un producto colaborativo desarrollado por varias instituciones alemanas, Aquagene proporciona acceso gratuito a información genética curada de especies de peces marinos. La base de datos permite la identificación de especies mediante comparaciones de secuencias de ADN. Todas las especies se caracterizan por múltiples secuencias de genes, que actualmente incluyen el gen de código de barras CO1 estándar junto con CYTB, MYH6 y (próximamente) RHOD, lo que facilita la determinación inequívoca de especies incluso para especies estrechamente relacionadas o aquellas con alta diversidad intraespecífica. Los datos genéticos se complementan en línea con datos adicionales del espécimen muestreado, como imágenes digitales, número de comprobante y origen geográfico.
Recursos adicionales
Otras bases de datos de referencia que son más generales, pero que también pueden ser útiles para codificar peces son el Barcode of Life Datasystem y Genbank .
Ventajas
El código de barras / metabarcoding proporciona una identificación de especies rápida y generalmente confiable, lo que significa que la identificación morfológica, es decir, la experiencia taxonómica, no es necesaria. La metabarcoding también permite identificar especies cuando los organismos se degradan [25] o solo se dispone de una parte de un organismo. Es una herramienta poderosa para la detección de especies raras y / o invasoras, que pueden detectarse a pesar de su baja abundancia. Los métodos tradicionales para evaluar la biodiversidad de peces, [6] la abundancia y la densidad incluyen el uso de artes como redes, equipo de pesca eléctrica, [6] redes de arrastre, jaulas, redes de pesca u otros artes que muestran resultados confiables de presencia solo para especies abundantes. Por el contrario, las especies nativas raras, así como las especies exóticas recientemente establecidas, tienen menos probabilidades de ser detectadas a través de métodos tradicionales, lo que lleva a suposiciones incorrectas de ausencia / presencia. [6] El código de barras / metabarcoding también es, en algunos casos, un método de muestreo no invasivo, ya que brinda la oportunidad de analizar el ADN de eDNA o mediante el muestreo de organismos vivos. [26] [27] [28]
Para los parásitos de los peces, la codificación metabar permite la detección de parásitos crípticos o microscópicos en ambientes acuáticos, lo cual es difícil con métodos más directos (por ejemplo, identificar especies a partir de muestras con microscopía). Algunos parásitos exhiben variaciones crípticas y la codificación metabar puede ser un método útil para revelar esto. [29]
La aplicación de metabarcoding de eDNA es rentable en encuestas grandes o cuando se requieren muchas muestras. El eDNA puede reducir los costos de pesca, el transporte de muestras y el tiempo invertido por los taxónomos y, en la mayoría de los casos, solo se requieren pequeñas cantidades de ADN de las especies objetivo para lograr una detección confiable. Otra ventaja es la constante disminución de los precios de los códigos de barras / metabarcoding debido al desarrollo técnico. [2] [20] [30] El enfoque de eDNA también es adecuado para monitorear entornos inaccesibles.
Desafíos
Los resultados obtenidos de la codificación de metabarras están limitados o sesgados a la frecuencia de ocurrencia. También es problemático que lejos de todas las especies tengan códigos de barras adjuntos. [25]
Aunque la metabarcoding puede superar algunas limitaciones prácticas de los métodos de muestreo convencionales, todavía no hay consenso con respecto al diseño experimental y los criterios bioinformáticos para la aplicación de la metabarcoding de eDNA. La falta de criterios se debe a la heterogeneidad de los experimentos y estudios realizados hasta ahora, que se ocuparon de diferentes diversidades y abundancias de peces, tipos de ecosistemas acuáticos, número de marcadores y especificidades de los marcadores. [30]
Otro desafío importante para el método es cómo cuantificar la abundancia de peces a partir de datos moleculares. Aunque hay algunos casos en los que la cuantificación ha sido posible [31], no parece haber consenso sobre cómo, o en qué medida, los datos moleculares pueden cumplir este objetivo para el seguimiento de peces. [32]
Ver también
Puede encontrar información detallada sobre los códigos de barras de ADN de diferentes organismos aquí:
Código de barras de ADN
Códigos de barras de ADN en la evaluación de la dieta
Código de barras de ADN de algas
Código de barras de ADN microbiano
Código de barras de ADN de macroinvertebrados acuáticos
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