DNA Barcoding - Stregkode arter

Præsentationer af emnet: "DNA Barcoding - Stregkode arter"— Præsentationens transcript:

1 DNA Barcoding - Stregkode arter
Identificering af en organisme ved at sammenligne DNA-sekvensen fra ét gen med et sekvensregister for samtlige organismer!

2 Gennemgang af artiklen
DNA Barcoding - stregkode arter Program: Metoden i korte træk Gennemgang af artiklen Seneste nyt Spørgsmål

3 ?

4 DNA Barcoding - stregkode arter

5 DNA Barcoding - stregkode arter

6 DNA Barcoding - stregkode arter

7 DNA Barcoding - stregkode arter

8 DNA Barcoding - stregkode arter
Biological identifications through DNA barcodes (2003): Hebert, P. D. N, Cywinska, A, Ball, S. L. and deWaard, J. R. Proc. R. Soc. Lond. B. 270: Paul Hebert Mr. Barcode

9 Baggrunden for at lave stregkode arter
DNA Barcoding - stregkode arter Baggrunden for at lave stregkode arter 10-15 millioner arter (måske helt op til 100 mil.) 1 taxonom kan skelne 0,01% 15000 taxonomer

10 Fænotypisk plasticitet & genetisk variabilitet
DNA Barcoding - stregkode arter Ulemper ved morfologi Fænotypisk plasticitet & genetisk variabilitet Cryptiske taxa Morfologi følger livs stadier og køn Svært at bruge på vira, bakterier og Protista Kræver stor ekspertise (uddør med forsker!)

11 Antal af forskellige sekvenser ud fra antal af baser
DNA Barcoding - stregkode arter Antal af forskellige sekvenser ud fra antal af baser 4^(antal af baser) = Dvs. sekvens med 15 baser = 1 milliard mulige kombinationer: 100 gange flere end arter

12 Forudsætninger for valg af gensekvens:
DNA Barcoding - stregkode arter Forudsætninger for valg af gensekvens: Skal findes i ALLE arter Nemt at analysere Skal kunne identificere ALLE arter

13 Hvilke type gen skal man vælge?
DNA Barcoding - stregkode arter Hvilke type gen skal man vælge? Et hvor mutationer tillades F.eks et proteinkodende gen da substitutionsraten i 3’ position er høj, eftersom codons er degenereret

14 Begrænsninger for kun at benytte 3’ base i codon:
DNA Barcoding - stregkode arter Begrænsninger for kun at benytte 3’ base i codon: 1) Bias: A-T i leddyr og G-C i chordater Bruge en længere sekvens. 2) Ofte ens i tæt beslægtet dyr Lige meget, da de fleste arter blev dannet for >million år siden

15 DNA Barcoding - stregkode arter
Kan ikke bestemme hvor lang sekvens skal være, da substitutionsraten er forskellig mellem gener og taxa.

16 Vælger et mitokondrie gen fordi:
DNA Barcoding - stregkode arter Vælger et mitokondrie gen fordi: Minus introns Begrænset rekombination -Maternel nedarvning Robuste primers

17 Hvilke gen i mitokondriet skal man da vælge?
DNA Barcoding - stregkode arter Hvilke gen i mitokondriet skal man da vælge? Tidligere studier er ofte baseret på ribosomale gener, men de har indels Bruge et af de 13 proteinkodende gener i stedet

18 (cytochrome c oxidase I)
DNA Barcoding - stregkode arter Vælger COI genet (cytochrome c oxidase I) elektrontransportkæden

19 1) Meget robuste primere
DNA Barcoding - stregkode arter COI genet har 3 fordele 1) Meget robuste primere 2) Har stor phylogenetisk signal pgr. høj evolutionær rate (3 x 12S,16S) 3) Kan identificere en organisme til højere taxonomisk enhed alene ved at se på aminosyrer

20 1) Phylum niveau: 7 mest diverse dyre rækker
DNA Barcoding - stregkode arter Laver 3 COI profiler : 1) Phylum niveau: 7 mest diverse dyre rækker 2) Ordinal niveau: Hexapoda,  biodiversitet 3) Arts niveau: Lepidoptera,  sekvens diversitet

21 - 100 arter fordelt på 7 rækker - 669 bp - Aminosyre differentiering
DNA Barcoding - stregkode arter 1) Phylum niveau: - 100 arter fordelt på 7 rækker - 669 bp - Aminosyre differentiering Poisson-korreleret p-distancer Neighbour-joining analyse

22 - 1 fra 100 familier fordelt på 8 ordener - 624 bp
DNA Barcoding - stregkode arter 1) Ordinal niveau: - 1 fra 100 familier fordelt på 8 ordener - 624 bp - Aminosyre differentiering Poisson-korreleret p-distancer Neighbour-joining analyse

23 - Nukleotid differentiering - Kimura-2-parameter
DNA Barcoding - stregkode arter 1) Arts niveau: - 1 fra 200 arter - 617 bp - Nukleotid differentiering - Kimura-2-parameter - Neighbour-joining analyse - Multi dimensional scaling (MDS plot)

24 prøve at bruge nogle fra tilsvarende niveau der ikke indgår i profilen
DNA Barcoding - stregkode arter Test taxa: prøve at bruge nogle fra tilsvarende niveau der ikke indgår i profilen

25 3) Art: 150 andre individer fordelt på de 200 arter
DNA Barcoding - stregkode arter Phylum: 55 test taxa (5 fra hver af de små rækker og 15 fra Arthropoda og Mollusca) 2) Ordinal: 50 test taxa (1-5 fra små ordener og fra store ordener) 3) Art: 150 andre individer fordelt på de 200 arter

26 DNA Barcoding - stregkode arter
Resultater

27 Phylum profil på 7 dyre rækker
DNA Barcoding - stregkode arter Phylum profil på 7 dyre rækker 53 ud af de 55 test taxa blev identificeret polycheat: tilhørte en orden der ikke var i profilen (mollusk) Dvs. succesrate på 96% - musling: tilhørte en subklasse rep. m. ét eksemplar (leddyr)

28 Phylum Nematoda Arthropoda Chordata Echinodermata Mollusca Annelida
Plathyhelminthes 0,1

29 Ordinal profil på 8 insekt ordener
DNA Barcoding - stregkode arter Ordinal profil på 8 insekt ordener 50 ud af de 50 test taxa blev identificeret Dvs. succesrate på 100%

30 Ordinal Lepidoptera Coleoptera Hymenoptera Coleoptera Coleoptera
Diptera Orthoptera Plecoptera Blattaria Ephemeroptera

31 DNA Barcoding - stregkode arter
d: mean poisson corrected p-distances n: antal af familier i ordenen Hurtigst Langsomst

32 Arts profil på 200 sommerfugle arter
DNA Barcoding - stregkode arter Arts profil på 200 sommerfugle arter 150 ud af de 150 test taxa blev identificeret Dvs. succesrate på 100%

33 Art MDS plot af 200 arter af sommerfugle Geometroidea Noctuoidea 3 superfamilier Sphingoidea

34 Test MDS plot: 18 arter af Arctiidae

35 Test MDS plot: 20 arter af Notodontiidae

36 Test MDS plot: 11 arter af Sphingidae

37 K2P distancer for 5 sommerfugle familier
DNA Barcoding - stregkode arter K2P distancer for 5 sommerfugle familier Gennemsnit 0,25% 6,8% 11,2% Kun 4 sammenligninger viste en divergens < 3%

38 DNA Barcoding - stregkode arter
Opsummering

39 Kan man bestemme en grænseværdi for divergens mellem 2 arter?
DNA Barcoding - stregkode arter Kan man bestemme en grænseværdi for divergens mellem 2 arter? Vertebrater: 2% for cytochrom b (Avise & Walker 1999) Lepidoptera: 3% for COI

40 COI er i stand til at identificere ned til artsniveau
DNA Barcoding - stregkode arter Konklusion: COI er i stand til at identificere ned til artsniveau - Skal bare tage hensyn ved polploidization, hybridisering og intregression COI database vil være færdig om 20 år for 5-10 mil. arter af dyr for 1 milliard dollars! - Bedre end morfologi

41 4 grunde til hvorfor det er bedre end morfologi:
DNA Barcoding - stregkode arter 4 grunde til hvorfor det er bedre end morfologi: Vil se grænser for intraspecifik diversitet 2) Vil se søsterarter 3) Det vil være objektivt 4) Kan identificere alle livs stadier

42 DNA Barcoding - stregkode arter
Seneste nyt!  New Paper: Barcoding Collembolans (in press)   New Article: 21st Century Ark (June 26)

43 10. Færdiggøre Livets Leksikon 9. Påvise værdien af samlinger
DNA Barcoding - stregkode arter Consortium for the Barcode of Life. (maj 2004) 10 grunde til at lave stregkode arter 1. Kan nøjes med DNA fragmenter 2. Virker for alle livs stadier 3. Afslører cryptiske arter 4. Mindske flertydighed 5. Føre ekspertisen videre 6. Demokratisere adgangen 7. ”Life Barcoder” til feltarbejde 8. Tilføre grene til Livets Træ 9. Påvise værdien af samlinger 10. Færdiggøre Livets Leksikon 10. Færdiggøre Livets Leksikon 9. Påvise værdien af samlinger 7. ”Life Barcoder” til feltarbejde 8. Tilføre grene til Livets Træ 5. Føre ekspertisen videre 1. Kan nøjes med DNA fragmenter 2. Virker for alle livs stadier 3. Afslører cryptiske arter 4. Mindske flertydighed 6. Demokratisere adgangen

44 DNA Barcoding - stregkode arter
Spørgsmål

45 Hebert’s Konklusioner, er de realistiske?
DNA Barcoding - stregkode arter Hebert’s Konklusioner, er de realistiske? COI er i stand til at identificere ned til artsniveau for alle organismer - Skal ”bare” tage hensyn ved polploidization, hybridisering og intregression COI database vil være færdig om 20 år for 5-10 mil. arter af dyr for 1 milliard dollars! - Bedre end morfologi

46 Kan der være ulemper i forbindelse med at skaffe DNA fra samlinger?
DNA Barcoding - stregkode arter Kan der være ulemper i forbindelse med at skaffe DNA fra samlinger? Gamle eksemplarer Konserverings metoder (fx formalin) Non-destruktiv indsamling (insekter, herbarie ark osv.)

47 Tror I at et stregkode system helt vil erstatte morfologien?
DNA Barcoding - stregkode arter Tror I at et stregkode system helt vil erstatte morfologien? Og vil en håndholdt barcoder blive hvermandseje?

48 Hvad med små dyr der ødelægges helt ved DNA eksration, skal vi nøjes med at have billeder af dem?

49 Skal man opfinde en ny nomenklatur?

50 DNA Barcoding - stregkode arter
SLUT