Hoppa till huvudinnehåll

Artikel


Bild: Bengt Karlson/SMHI

DNA-streckkodning kompletterar traditionell planktonanalys

Agneta Andersson, Umeå universitet / Anders Andersson, KTH/SciLifeLab / Bengt Karlson, SMHI. Publicerad: 2020-06-18

Att filtrera några deciliter havsvatten och analysera DNA-innehållet ger snabbt svaret på vilka växtplankton som finns i våra hav. Det låter kanske som science fiction, men målet för projektet "DNA-streckkodning av marina växtplankton" är att tekniken ska vara redo för den svenska miljöövervakningen redan 2022.

Att noggrant följa utvecklingen av växtplanktonsamhällena i havet är en viktig del av miljöövervakningen. Artsammansättningen talar om för oss hur havet mår, och kan ge tidiga signaler om miljöproblem och klimatförändringar. Förekomst av skadliga alger kan utgöra en fara för människors hälsa och påverkar bland annat ekosystemet, vattenbruk och turism. Men att analysera växtplankton på traditionellt sätt med mikroskop är mycket tidskrävande, och kräver en hög kompetens hos den som gör analysen.

Dessutom har metoden begränsningar, som exempelvis att de allra minsta cellerna är för små för att kunna identifieras. Därför har DNA-analys lyfts fram som ett möjligt komplement till de traditionella mikroskopanalyserna.

Unika gensekvenser

Person jobbar i laboratorium Bild: Anders Andersson/KTH

Meike Latz, postdoc i projektet, startar en DNA-sekvensering av ett planktonprov på laboratoriet vid KTH.

De flesta arter har gensekvenser i sitt DNA som är unika för den arten. Information om dessa artspecifika gensekvenser samlas i stora databaser, som ständigt fylls på med information vartefter fler arter kartläggs. I projektet DNA-streckkodning av marina växtplankton undersöks förekomsten av unika gensekvenser för de olika växtplanktonarterna som finns i haven runt Sverige.

Tanken är att man först filtrerar några deciliter vatten och extraherar DNA från de plankton som fastnat på filtret, och sedan analyserar man förekomsten av olika plankton med ett DNA-sekvenseringsinstrument.

Ur resultatet kan man både avläsa vilka arter som finns och ungefär hur mycket av de olika arterna som finns i vattnet. Metoden kallas metabarcoding på engelska. På svenska använder vi beteckningen DNA-streckkodning.

Från forskning till tillämpning

vattenprovtagning ombord på fartyg Bild: Martina Jeuthe

Personal från Umeå marina forskningcentrum tar vattenprover under en vinterexpedition i Bottniska viken.

Vi har mycket goda förhoppningar att man med hjälp av streckkodningen kommer att kunna identifiera de växtplankton som finns i de svenska haven. Men steget från att ha utvecklat en metod som fungerar på forskningslaboratoriet till att implementera metoden inom miljöövervakningen är långt. Att få metoden att fungera i praktiken är en viktig del i projektet.

För detta krävs att metoden är robust och enkel att använda i fält. Inom projektet utvecklas därför protokoll för hur provtagningen ska gå till, hur proverna ska förvaras och behandlas, och hur DNA ska extraheras. Vi behöver även ta reda på hur många replikat som måste tas för att resultaten ska vara tillförlitliga.

Våra preliminära resultat indikerar dock att jämfört med traditionell mikroskoperingsanalys, så visar DNA-analys av havsvattenprover liknande variation av olika växtplankton på gruppnivå. Med DNA-analys finner man dock fler arter.

Problematisk namngivning

Den traditionella växtplanktonlitteraturen använder sig till viss del av annan nomenklatur än den molekylära taxonomiska litteraturen. Det ställer till problem när man ska jämföra resultat från mikroskop med DNA-analys. Inom projektet samarbetar vi därför med internationellt ledande experter för att harmonisera denna namngivning.

Jämförelse av resultat
Karta över provtagningsplatser Bild: Bengt Karlson/SMHI

Karta över provtagningsstationer inom projektet DNA-streckkodning av växtplankton. Genom att använda data från den nationella miljöövervakningen kommer en stor mängd data från alla större havsområden runt Sverige att finnas tillgängliga för projektet.

Det traditionella sättet att analysera plankton genom mikroskopering har använts länge, och ligger till grund för de långa tidsserier som byggts upp. För att kunna införa DNA-streckkodning inom miljöövervakningen krävs noggranna jämförelser mellan de bägge metoderna.

Under ett års tid har vi därför samlat in DNA-prover från alla Sveriges nationella marina miljöövervakningsstationer där växtplankton analyseras med mikroskopi. Över 250 havsvattenprover har samlats in från Västerhavet, Egentliga Östersjön och Bottniska viken.

Resultaten kommer nu att jämföras för att vi ska få en bild av hur de olika metoderna överensstämmer. Målet är att det vid projektets slut 2021 ska vara möjligt att implementera DNA-streckkodningen i den svenska miljöövervakningen.

Coscinodiscus concinnus Bild: Bengt Karlson/SMHI
Bild: Bengt Karlson/SMHI

Kiselalgen Coscinodiscus concinnus kan bli en halv millimeter i diameter och är en av  de största växtplanktonarterna. Uppe till vänster syns några mindre kanotformade kiselalger som tillhör släktet Pseudo-nitzschia. Dessa kan producera ett alggift kallat domorinsyra som kan ansamlas i musslor och ostron. Nere till vänster syns en annan växtplanktonart, dinoflagellaten Tripos furca.

dinophysis acuta Bild: Bengt Karlson/SMHI
Bild: Bengt Karlson/SMHI

Den potentiellt giftiga dinoflagellaten Dinophysis acuta förekommer längs hela Västkusten. Andra arter från släktet Dinophysis finns även i Östersjön. Dinoflagellater från släktet Dinophysis producerar alggifter som kallas diarrégifter som kan ansamlas i musslor och ostron. Dinophysis är duktiga simmare och mixotrofa, de kan utnyttja solljuset som energikälla men kan även använda andra plankton som föda. Mer information och bilder på växtplankton finns på Nordic Microalgae.

Fakta om projektet

DNA-streckkodning av marina växtplankton är ett samarbete mellan forskargrupper vid Umeå universitet, KTH och SMHI, och har också ett nära samarbete med den svenska miljöövervakningen. Det finansieras av Naturvårdsverket och Havs- och vattenmyndigheten, och pågår under perioden 2019-2021. Projektets stöds av en rådgivande grupp bestående av internationella experter på DNA-analys, representanter från Havs- och vattenmyndigheten och representanter från länsstyrelsen i Västra Götaland.

All DNA-streckkodningsdata samt tillhörande data kommer att göras publikt tillgängliga i det europeiska arkivet ENA (EMBL-EBI). Bearbetade data kommer också att vara publikt tillgängliga genom den nationella datavärden för marinbiologi och oceanografi, det vill säga SMHI:s Sharkweb samt i SBDI (Swedish Biodiversity Data Infrastructure).