Towards an Iberian DNA barcode reference library of freshwater macroinvertebrates and fishes

• Autores: Cesc Múrria Farnós, Leif O.S. Väisänen, Simona Somma, Owen S. Wangensteen, Miquel Àngel Arnedo Lombarte, Narcís Prat Fornells
• Localización: Limnetica, ISSN 0213-8409, Vol. 39, Nº. 1 (enero), 2020, págs. 73-92
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Hacia una biblioteca ibérica de referencia de códigos de barras genéticos de los macroinvertebrados y peces de agua dulce
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• Resumen
  • español

    Los macroinvertebrados y peces de agua dulce son los organismos más usados en los principales programas de biomonitoreo de ecosistemas en la Península Ibérica. Todavía su uso como bioindicadores se ha visto a veces obstaculizado por el tiempo y el coste necesarios para clasificar los especímenes de macroinvertebrados y su difícil identificación taxonómica, y las dificultades de muestreo para capturar especies de peces raras o incipientes, respectivamente. Dada la reducción en coste y tiempo que supone la identificación de metazoos mediante metabarcoding [es decir, secuenciación de alto rendimiento (HTS) de códigos de barras de ADN] la confiabilidad de la identificación a nivel de especie y el alto número de muestras que se pueden procesar, su uso en biomonitorización de comunidades de agua dulce, puede proporcionar una alternativa a las aproximaciones tradicionales basadas en la morfología. Sin embargo, la precisión de la asignación de especies en dichas técnicas de metabarcoding requiere disponer de una exhaustiva biblioteca de referencia de códigos de barras de ADN. Debido al alto nivel de endemicidad en la Península Ibérica, los repositorios públicos actuales de códigos de barras de ADN pueden no ser lo suficientemente informativos para identificar la fauna ibérica a nivel de especie. En este estudio hemos compilado la lista taxonómica de macroinvertebrados y peces ibéricos de agua dulce (incluidas las especies autóctonas y no autóctonas) y los datos moleculares disponibles en repositorios públicos para el código de barras genético Citocromo Oxidasa C Subunidad I (cox1, COI-5P), para evaluar el alcance y extensión de su cobertura. La cobertura del código de barras del ADN se compiló para fragmentos de ADN ubicados dentro de la región de Folmer (658 pb). Dado que las plataformas HTS proporcionan una secuencia de ADN de un rango de 50-400 pb de longitud, también compilamos información de la segunda mitad del código de barras de ADN (313 pb, región de Leray) y la primera parte de la región de Leray (285 pb, Leray-285), que son los fragmentos de ADN más cortos y todavía útiles para asignar secuencias de cox1 obtenidas por metabarcoding. Para los macroinvertebrados, la lista taxonómica comprendió 3348 especies, incluidos Mollusca (65 especies), Crustacea (101 especies) e Insecta (3182 especies). Proporcionamos la primera biblioteca de referencia de código de barras de ADN, con una cobertura global del 35 % de los taxones ibéricos. Al explorar estos datos, encontramos un fuerte sesgo taxonómico. Sobre la base de Leray-285, Odonata (43 de 79 especies presentan código de barras, 54.43 %) fueron los linajes mejor representados. Por el contrario, Diptera (393 de 1.693 especies presentan código de barras, 23.21 %) y Plecoptera (42 de 135 especies presentan código de barras, 31.11 %) estaban subrepresentados. Para los peces, los datos de códigos de barras de ADN disponibles cubrieron el 98.11 % de las especies autóctonas (76) y no autóctonas (30). Mediante la identificación y cuantificación de la proporción de especies sin códigos de barras de DNA (~ 65 %), pretendemos proporcionar unas guías para el diseño eficiente de los próximos pasos hacia el objetivo ambicioso pero necesario de compilar una biblioteca completa de referencia de código de barras de ADN para los macroinvertebrados y peces ibéricos.

  • English

    Freshwater macroinvertebrates and fishes are focal groups in major ecosystem biomonitoring programs in the Iberian Peninsula.

    Yet, their use as bioindicators is sometimes constrained by the time and cost needed for sorting macroinvertebrates specimens and their challenging taxonomic identification, and the huge sampling procedures for capturing rare or incipient fish species, respectively. Given the increasing cost-effectiveness of metazoan identification based on metabarcoding [i.e., high-throughput sequencing (HTS) of DNA barcodes] and reliability of species-level identification and the high number of samples that can be processed, its use in biomonitoring of freshwater communities can provide an alternative to morphology-based approaches. However, the accuracy of species assignment in metabarcoding approaches relies on the availability of a comprehensive DNA barcode reference library. Because of the high level of endemicity in the Iberian Peninsula, current public repositories for DNA barcodes may not be informative enough to identify the Iberian fauna to species level. Here, we compiled the Iberian freshwater macroinvertebrates and fishes taxonomic list (including indigenous and non-indigenous species) and the available molecular data for the cytochrome oxidase I DNA barcode (cox1, COI-5P) in public repositories to assess the extent of DNA barcode coverage. The DNA barcode coverage was reported for DNA fragments within the Folmer region (658 bp). Given that HTS platforms provide DNA sequence in the range of 50-400 bp in length, we also reported the second half of the DNA barcode (313 bp, Leray region) and the first part of the Leray region (285 bp, Leray-285), which are short DNA barcodes useful to assign metabarcoding cox1 data. For macroinvertebrates, the final taxonomic checklist comprises 3348 species including Mollusca (65 species), Crustacea (101 species) and Insecta (3182 species). We present an initial DNA barcode reference library, with an overall coverage of ~ 35 % of the Iberian taxa. Exploring this data, we find a strong taxonomic bias. Based on Leray-285, Odonata (43 of 79 species barcoded, 54.43 %) and Hemiptera (44 of 81 species barcoded, 54.32 %) were the best represented lineages. In contrast, Diptera (393 of 1693 species barcoded, 23.21 %), and Plecoptera (42 of 135 species barcoded, 31.11 %) were underrepresented. For fishes, the available DNA barcode data covered 98.11 % of the indigenous (76) and non-indigenous (30) species. By revealing and quantifying current gaps on the available data (~ 65 %), we aim to improve efficiency in designing the next steps towards the ambitious yet necessary goal of compiling a complete DNA barcode reference library for Iberian macroinvertebrates and fishes