Published October 24, 2020 | Version v1
Publication Open

An urban Blitz with a twist: rapid biodiversity assessment using aquatic environmental DNA

Creators

  • 1. University of Duisburg-Essen
  • 2. Norwegian University of Science and Technology
  • 3. Norwegian Institute for Nature Research
  • 4. Stellenbosch University
  • 5. Université de Tours
  • 6. Centre National de la Recherche Scientifique
  • 7. Swedish Museum of Natural History
  • 8. Stockholm University
  • 9. Bernardino Rivadavia Natural Sciences Museum
  • 10. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
  • 11. University of Oulu
  • 12. University of Skövde
  • 13. Slovak Academy of Sciences
  • 14. Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais
  • 15. Universidade Federal de Minas Gerais
  • 16. Universidade Federal do Paraná
  • 17. Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung
  • 18. UiT The Arctic University of Norway
  • 19. Royal Museum for Central Africa
  • 20. Barco (Belgium)
  • 21. Universiti Sains Malaysia
  • 22. Nankai University
  • 23. Natural History Museum
  • 24. South Australian Museum
  • 25. University of South Australia
  • 26. ETH Zurich

Description

Abstract As global biodiversity declines, there is an increasing need to create an educated and engaged society. Having people of all ages participate in measuring biodiversity where they live helps to create awareness. Recently, the use of environmental DNA (eDNA) for biodiversity surveys has gained momentum. Here, we explore whether sampling eDNA and sequencing it can be used as a means of rapidly surveying urban biodiversity for educational purposes. We sampled 2 × 1 L of water from each of 15 locations in the city of Trondheim, Norway, including a variety of freshwater, marine, and brackish habitats. DNA was extracted, amplified in triplicate targeting the barcoding fragment of COI gene, and sequenced. The obtained data were analyzed on the novel mBRAVE platform, an online open‐access software and computing resource. The water samples were collected in 2 days by two people, and the laboratory analysis was completed in 5 days by one person. Overall, we detected the presence of 506 BINs identified as belonging to 435 taxa, representing at least 265 putative species. On average, only 5.4% of the taxa were shared among six replicates per site. Based on the observed diversity, three distinct clusters were detected and related to the geographic distribution of sites. There were some taxa shared between the habitats, with a substantial presence of terrestrial biota. Here we propose a new form of BioBlitz, where with noninvasive sampling effort combined with swift processing and straightforward online analyses, hundreds of species can be detected. Thus, using eDNA analysis of water is useful for rapid biodiversity surveys and valuable for educational purposes. We show that rapid eDNA surveys, combined with openly available services and software, can be used as an educational tool to raise awareness about the importance of biodiversity.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

مع انخفاض التنوع البيولوجي العالمي، هناك حاجة متزايدة لخلق مجتمع متعلم ومشارك. إن مشاركة الناس من جميع الأعمار في قياس التنوع البيولوجي في المكان الذي يعيشون فيه يساعد على خلق الوعي. في الآونة الأخيرة، اكتسب استخدام الحمض النووي البيئي (eDNA) في مسوحات التنوع البيولوجي زخمًا. هنا، نستكشف ما إذا كان يمكن استخدام أخذ عينات eDNA وتسلسلها كوسيلة للمسح السريع للتنوع البيولوجي الحضري للأغراض التعليمية. لقد أخذنا عينات 2 × 1 لتر من المياه من كل موقع من 15 موقعًا في مدينة تروندهايم بالنرويج، بما في ذلك مجموعة متنوعة من موائل المياه العذبة والبحرية والمالحة. تم استخراج الحمض النووي، وتضخيمه في ثلاث نسخ تستهدف جزء الترميز الشريطي لجين COI، وتسلسله. تم تحليل البيانات التي تم الحصول عليها على منصة mBRAVE الجديدة، وهي برنامج مفتوح الوصول عبر الإنترنت ومورد حوسبة. تم جمع عينات المياه في يومين من قبل شخصين، وتم الانتهاء من التحليل المعملي في 5 أيام من قبل شخص واحد. بشكل عام، اكتشفنا وجود 506 من BINs التي تم تحديدها على أنها تنتمي إلى 435 صنفًا، تمثل ما لا يقل عن 265 نوعًا مفترضًا. في المتوسط، تمت مشاركة 5.4 ٪ فقط من الأصناف بين ست نسخ متماثلة لكل موقع. بناءً على التنوع الملحوظ، تم اكتشاف ثلاث مجموعات متميزة تتعلق بالتوزيع الجغرافي للمواقع. كانت هناك بعض الأصناف المشتركة بين الموائل، مع وجود كبير من الكائنات الحية الأرضية. نقترح هنا شكلاً جديدًا من BioBlitz، حيث يمكن اكتشاف مئات الأنواع من خلال جهود أخذ العينات غير الغازية جنبًا إلى جنب مع المعالجة السريعة والتحليلات المباشرة عبر الإنترنت. وبالتالي، فإن استخدام تحليل الحمض النووي الإلكتروني للمياه مفيد لإجراء مسوحات سريعة للتنوع البيولوجي وقيم للأغراض التعليمية. نوضح أنه يمكن استخدام استطلاعات eDNA السريعة، جنبًا إلى جنب مع الخدمات والبرامج المتاحة علنًا، كأداة تعليمية لزيادة الوعي بأهمية التنوع البيولوجي.

Translated Description (French)

Résumé À mesure que la biodiversité mondiale décline, il est de plus en plus nécessaire de créer une société éduquée et engagée. La participation de personnes de tous âges à la mesure de la biodiversité là où elles vivent contribue à sensibiliser. Récemment, l'utilisation de l'ADN environnemental (ADNe) pour les enquêtes sur la biodiversité a pris de l'ampleur. Ici, nous explorons si l'échantillonnage de l'ADN électronique et son séquençage peuvent être utilisés comme un moyen d'étudier rapidement la biodiversité urbaine à des fins éducatives. Nous avons échantillonné 2 × 1 L d'eau dans chacun des 15 endroits de la ville de Trondheim, en Norvège, y compris une variété d'habitats d'eau douce, marins et saumâtres. L'ADN a été extrait, amplifié en triple ciblant le fragment de code-barres du gène COI et séquencé. Les données obtenues ont été analysées sur la nouvelle plateforme mBRAVE, un logiciel et une ressource informatique en ligne à accès libre. Les échantillons d'eau ont été prélevés en 2 jours par deux personnes, et l'analyse de laboratoire a été réalisée en 5 jours par une personne. Globalement, nous avons détecté la présence de 506 NIB identifiés comme appartenant à 435 taxons, représentant au moins 265 espèces putatives. En moyenne, seulement 5,4 % des taxons étaient partagés entre six répliques par site. Sur la base de la diversité observée, trois grappes distinctes ont été détectées et liées à la répartition géographique des sites. Il y avait quelques taxons partagés entre les habitats, avec une présence substantielle de biote terrestre. Ici, nous proposons une nouvelle forme de BioBlitz, où avec un effort d'échantillonnage non invasif combiné à un traitement rapide et à des analyses en ligne simples, des centaines d'espèces peuvent être détectées. Ainsi, l'utilisation de l'analyse eDNA de l'eau est utile pour des enquêtes rapides sur la biodiversité et utile à des fins éducatives. Nous montrons que les enquêtes rapides sur l'ADN électronique, combinées à des services et des logiciels ouvertement disponibles, peuvent être utilisées comme un outil éducatif pour sensibiliser à l'importance de la biodiversité.

Translated Description (Spanish)

Resumen A medida que la biodiversidad global disminuye, existe una necesidad creciente de crear una sociedad educada y comprometida. Hacer que personas de todas las edades participen en la medición de la biodiversidad donde viven ayuda a crear conciencia. Recientemente, el uso de ADN ambiental (eDNA) para estudios de biodiversidad ha cobrado impulso. Aquí, exploramos si el muestreo de ADNe y su secuenciación se pueden utilizar como un medio para estudiar rápidamente la biodiversidad urbana con fines educativos. Tomamos muestras de 2 × 1 L de agua de cada una de las 15 ubicaciones en la ciudad de Trondheim, Noruega, incluyendo una variedad de hábitats de agua dulce, marinos y salobres. Se extrajo el ADN, se amplificó por triplicado dirigiéndose al fragmento de código de barras del gen COI y se secuenció. Los datos obtenidos se analizaron en la novedosa plataforma mBRAVE, un software deacceso abierto en línea y un recurso informático. Las muestras de agua fueron recolectadas en 2 días por dos personas, y el análisis de laboratorio fue completado en 5 días por una persona. En general, detectamos la presencia de 506 bin identificados como pertenecientes a 435 taxones, que representan al menos 265 especies putativas. En promedio, solo el 5,4% de los taxones se compartieron entre seis réplicas por sitio. Con base en la diversidad observada, se detectaron tres grupos distintos y relacionados con la distribución geográfica de los sitios. Había algunos taxones compartidos entre los hábitats, con una presencia sustancial de biota terrestre. Aquí proponemos una nueva forma de BioBlitz, donde con un esfuerzo de muestreo no invasivo combinado con un procesamiento rápido y análisis en línea sencillos, se pueden detectar cientos de especies. Por lo tanto, el uso del análisis de ADNe del agua es útil para estudios rápidos de biodiversidad y valioso para fines educativos. Mostramos que las encuestas rápidas de eDNA, combinadas con servicios y software disponibles abiertamente, se pueden utilizar como una herramienta educativa para crear conciencia sobre la importancia de la biodiversidad.

Files

edn3.152.pdf

Files (15.8 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:90ec2b3c274ba83d5dcf01fe7d678d12
15.8 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
غارة حضرية مع تطور: تقييم سريع للتنوع البيولوجي باستخدام الحمض النووي البيئي المائي
Translated title (French)
Un Blitz urbain avec un twist : évaluation rapide de la biodiversité à l'aide de l'ADN environnemental aquatique
Translated title (Spanish)
Un bombardeo urbano con un giro: evaluación rápida de la biodiversidad utilizando ADN ambiental acuático

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3094590538
DOI
10.1002/edn3.152

Is supplement to
https://openalex.org/W3217172274 (Other)
https://openalex.org/W3088144981 (Other)
https://openalex.org/W3006937161 (Other)
https://openalex.org/W2951985551 (Other)
https://openalex.org/W2911813797 (Other)
https://openalex.org/W2791052014 (Other)
https://openalex.org/W2606537399 (Other)
https://openalex.org/W2390875158 (Other)
https://openalex.org/W2386568544 (Other)
https://openalex.org/W2094117386 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Malaysia

References

  • https://openalex.org/W1582907243
  • https://openalex.org/W1902517437
  • https://openalex.org/W2002861821
  • https://openalex.org/W2012036657
  • https://openalex.org/W2055197888
  • https://openalex.org/W2072022921
  • https://openalex.org/W2105627148
  • https://openalex.org/W2119083836
  • https://openalex.org/W2138434519
  • https://openalex.org/W2165000074
  • https://openalex.org/W2193779025
  • https://openalex.org/W2555113199
  • https://openalex.org/W2754769271
  • https://openalex.org/W2782610600
  • https://openalex.org/W2794062358
  • https://openalex.org/W2886938767
  • https://openalex.org/W2913641542
  • https://openalex.org/W2918976885
  • https://openalex.org/W2949259316
  • https://openalex.org/W2951985551
  • https://openalex.org/W2952025703
  • https://openalex.org/W2971851174
  • https://openalex.org/W3121953277