Ichthyoplankton DNA metabarcoding as a tool for large-scale inventory and reproductive dynamics analysis of the ichthyofauna
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tese de doutorado
Título alternativo
DNA metabarcoding do ictioplâncton como uma ferramenta para o inventário em larga escala e análise da dinâmica reprodutiva da ictiofauna
Primeiro orientador
Membros da banca
Fernanda Antunes Carvalho
Bruno Francelino de Melo
Gabriel de Menezes Yazbeck
Jonathan Stuart Ready
Bruno Francelino de Melo
Gabriel de Menezes Yazbeck
Jonathan Stuart Ready
Resumo
O estudo do ictioplâncton é fundamental para entender a dinâmica reprodutiva de assembleias
de peixes locais, mas a sua identificação morfológica pode ser desafiadora mesmo para
taxonomistas experientes. Apesar de ser uma ferramenta poderosa para fornecer identificação
taxonômica assertiva, o DNA barcoding se torna trabalhoso e caro no inventariamento em larga
escala. O DNA metabarcoding pode superar essas limitações, sendo uma alternativa rápida, de
melhor custo-benefício, abrangente e precisa para a identificação simultânea de múltiplos
indivíduos, mas a padronização de protocolos eficientes e acessíveis ainda pode ser um desafio
para sua utilização recorrente. Neste trabalho, aplicamos o método de DNA metabarcoding para
a identificação molecular de amostras de ictioplâncton da região de influência da barragem de
Três Marias, no rio São Francisco. Por meio da identificação molecular, temos o objetivo de
responder as seguintes perguntas: (a) os marcadores minibarcode MiFish e NeoFish do gene
conservado 12S rRNA conseguem detectar e identificar as espécies amostradas tão bem quanto
o marcador do gene COI padronizado para o DNA barcoding utilizando o sequenciamento de
nova geração (NGS)? (b) qual a contribuição relativa de ovos e larvas para a riqueza total
encontrada; (c) se existe diferença significativa entre as comunidades de ictioplâncton
encontradas à montante e à jusante de Três Marias; (d) se algum dos tributários analisados pode
ser considerado como ponto prioritário para conservação. De maneira geral, os resultados
indicam que os marcadores minibarcodes podem ser tão eficientes quanto o COI para a detecção
de espécies, quando um banco de referência completo e confiável está disponível. Além disso,
apesar de a análise estatística evidenciar baixa diferenciação entre as comunidades de
ictioplâncton encontradas à jusante e à montante, o rio Paracatu, localizado à jusante, foi o único
onde todas as espécies consideradas grandes migradoras foram detectadas, se mostrando como
um tributário prioritário para conservação. Assim, este estudo pretende não apenas contribuir
para o avanço de técnicas de inventariamento de alta precisão e rendimento, mas também
contribuir com a elucidação de questões sobre a dinâmica reprodutiva dos peixes na região do
reservatório de Três Marias que são fundamentais para guiar planos de conservação e manejo
da ictiofauna.
Abstract
The study of ichthyoplankton is paramount to understand the reproductive dynamics of local
fish assemblages, but its morphological identification is often challenging even to experienced
taxonomists. Despite being a powerful tool for assertive taxonomic identification, DNA
barcoding becomes too expensive and laborious in large-scale inventories. DNA
metabarcoding can overcome these limitations as a rapid, cost-effective, broad and accurate
taxonomy alternative for the identification of multiple individuals simultaneously, but the
standardization of accessible and efficient protocols still poses a challenge for its recurrent
usage. With that in mind, we applied the DNA metabarcoding method to identify
ichthyoplankton samples collected at the area impacted by the Três Marias reservoir, São
Francisco River Basin, Southeastern Brazil. Using molecular identification, we aim to elucidate
four major questions: (a) can 12S rRNA gene minibarcode markers MiFish and NeoFish detect
and identify the sampled species as accurately as the COI gene marker standardized for DNA
barcoding, using next generation sequencing (NGS)? (b) what is the relative contribution of
eggs and larvae to total observed richness? (c) is there significant difference between upstream
and downstream Três Marias ichthyoplankton communities? (d) should any studied tributary
be considered as a conservation priority hotspot? Overall, our results suggest that the
minibarcode markers can be as efficient as COI for species detection, when a reliable and
complete database is available. Furthermore, despite the statistical insignificant and low
differentiation found between upstream and downstream ichthyoplankton communities, only in
the Paracatu River, located downstream from the reservoir, all the greater migratory species
were detected, highlighting this tributary as a primary hotspot for conservation. Therefore, this
study aims at contributing not only by enhancing large-scale and precise inventory techniques,
but also by elucidating issues about the fish reproductive dynamics in the area impacted by Três
Marias reservoir that are pivotal for guiding ichthyofauna conservation and management.
Assunto
Genética, Taxonomia, Plâncton, Código de Barras de DNA Taxonômico
Palavras-chave
Taxonomia molecular, 12S rRNA, Sequenciamento de DNA de alto rendimento
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