DNA-streckkodning kompletterar traditionell planktonanalys

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

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

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

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^†Här skriver jag en fotnotstext.