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Application of plant DNA metabarcoding of lake sediments for monitoring vegetation compositions on the Tibetan Plateau

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Science China Earth Sciences 2024年第11期67卷 3594-3609页

作者： Kai WU Kai LI Weihan JIA kathleen rstoof-leichsenring Ulrike HERZSCHUH Jian NI Mengna LIAO Fang TIAN College of Life Sciences Zhejiang Normal UniversityJinhua 321004China Polar Terrestrial Environmental Systems Research Group Alfred Wegener Institute Helmholtz Centre for Polar and Marine ResearchPotsdam 14473Germany Institute of Environmental Science and Geography University of PotsdamPotsdam 14476Germany Institute of Biochemistry and Biology University of PotsdamPotsdam 14476Germany College of Resource Environment and Tourism Capital Normal UniversityBeijing 100048China

Benefiting from the rapid development of environmental DNA(eDNA) technologies, sedimentary DNA(sedDNA)emerges as a promising tool for monitoring plant compositions in remote regions. The Tibetan Plateau(TP), renowned for its harsh environment and numerous ponds and lakes, presents a potentially demanding region for the application of sedDNA on vegetation investigations. Here, we used the g and h universal primers for the P6 loop region of the chloroplast trn L(UAA)intron to amplify plant DNA in surface sediments from 59 ponds and small lakes on the southwestern TP. The applicability and limitations of using plant DNA metabarcoding for modern vegetation monitoring and palaeo-vegetation reconstructions have been assessed by comparing sedDNA, pollen, and vegetation survey data. Our results showed that plant DNA metabarcoding recorded 186 terrestrial taxa, of which 30.1% can be identified at the species level. The plant sedDNA approach can effectively disclose the dominant plant taxa(including Asteraceae, Cyperaceae and Poaceae) and significant vegetation assemblages in the vicinity of the investigated sites. The number of taxa and taxonomic resolution of plant sedDNA exceeded that of pollen analysis(75 taxa detected, 5.3% can be identified at species level). Unlike pollen that retains a broad spectrum of regional plant signals(including Pinus and Artemisia), plant sedDNA mirrors very local plants, underscoring its utility in local vegetation monitoring and reconstructions. To conclude, plant DNA metabarcoding of(small) lake sediments warrant increased attention in the future for local vegetation monitoring and reconstructions on the TP.

关键词： Sedimentary DNA(sedDNA) Metabarcoding Pollen Vegetation composition Tibetan Plateau

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湖泊沉积植物DNA宏条形码技术在青藏高原植被调查中的应用

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中国科学：地球科学 2024年第11期54卷 3629-3646页

作者：吴铠李凯贾伟瀚 kathleen rstoof-leichsenring Ulrike HERZSCHUH 倪健廖梦娜田芳浙江师范大学生命科学学院金华321004 Polar Terrestrial Environmental Systems Research Group Alfred Wegener Institute Helmholtz Centre for Polar and Marine ResearchPotsdam 14473Germany Institute of Environmental Science and Geography University of PotsdamPotsdam 14476Germany Institute of Biochemistry and Biology University of PotsdamPotsdam 14476Germany 首都师范大学资源环境与旅游学院北京100048

得益于环境DNA技术的快速发展,沉积DNA(sedDNA)正在成为偏远地区植被监测和调查的便捷方法,并具有较大的发展潜力.青藏高原气候环境条件恶劣,同时小型湖泊众多,利用sedDNA进行植被调查不仅有助于了解高原现代植被状况,也是进行高原古植... 详细信息

得益于环境DNA技术的快速发展,沉积DNA(sedDNA)正在成为偏远地区植被监测和调查的便捷方法,并具有较大的发展潜力.青藏高原气候环境条件恶劣,同时小型湖泊众多,利用sedDNA进行植被调查不仅有助于了解高原现代植被状况,也是进行高原古植被重建的潜在需求.本研究以中国青藏高原西南部59个泡子/湖泊表层沉积物为研究对象,使用通用植物引物g-h扩增叶绿体trnL(UAA)内含子P6环区,获取了sedDNA中的植物组成信息,并将其与野外植被调查记录和沉积物花粉数据进行对比分析,探讨了基于沉积物的植物DNA宏条形码技术在青藏高原地区现代植被监测和古植被重建中的适用性和局限性.研究结果表明,植物DNA宏条形码信号共记录了186个陆生植物类群,其中30.1%的序列可以鉴定到种水平.植物sedDNA方法可以揭示调查地点周围的主要植物类群(包括菊科、莎草科和禾本科)以及重要植被组合.植物sedDNA的类群数量和分类学分辨率均超过花粉分析(75个类群,其中5.3%的类群可以鉴定到种水平).与花粉保留大量的区域植物信号(包括松属和蒿属)不同,植物sedDNA反映了高度局地的植物信号,凸显了植物sedDNA在局地植被监测和重建中的重要性.综上所述,(小型)湖泊植物sedDNA宏条形码研究在未来的青藏高原区域植被监测和重建中值得更多的关注.

关键词：沉积DNA 宏条形码花粉植被组成青藏高原

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中国东部平原湖区现代沉积植物DNA的保存及其与土地利用的关系

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第四纪研究 2024年

作者：吴铠李凯林琪贾伟瀚葛亚汶 kathleen R.Stoof-leichsenring Ulrike Herzschuh 倪健浙江师范大学生命科学学院中国科学院南京地理与湖泊研究所 Polar Terrestrial Environmental Systems Research Group Alfred Wegener Institute Helmholtz Centre for Polar and Marine Research Institute of Environmental Science and Geography University of Potsdam 河北师范大学资源与环境科学学院 Institute of Biochemistry and Biology University of Potsdam

东部平原湖区湖泊众多,但普遍面临富营养化和流域植被破坏问题,使其成为现代生态保护和探究人类活动对湖泊生态系统干扰研究的热点地区。湖泊沉积DNA技术近年来开始被用于湖泊水生植物调查以及流域植被重建等工作,但是该技术在我国东部... 详细信息

东部平原湖区湖泊众多,但普遍面临富营养化和流域植被破坏问题,使其成为现代生态保护和探究人类活动对湖泊生态系统干扰研究的热点地区。湖泊沉积DNA技术近年来开始被用于湖泊水生植物调查以及流域植被重建等工作,但是该技术在我国东部平原湖区的适用性以及植物DNA信号与湖周及流域植被的关系,有待于进一步评估。本研究选择东部平原湖区的22个湖泊为研究对象,利用植物DNA宏条形码技术使用通用植物引物trnL g-h对湖泊表层沉积物中的植物DNA进行扩增并进行高通量测序,结合湖泊形态特征、水体及沉积物理化参数以及湖泊周边土地利用类型等,揭示不同湖泊沉积物中植物DNA保存丰富度的差异及其影响因素,探讨了陆生植物DNA对植被的代表性。结果表明,植物DNA宏条形码共记录230个类群,其中28%的序列可以鉴定至种水平,在分类学分辨率以及鉴定效率上沉积植物DNA相较于花粉分析具有一定优势。与花粉检测的区域性植被信号不同,湖泊沉积植物DNA反映的是局地或者湖泊周边植被组成,可对湖周森林、农田以及建筑用地中的优势植物信号进行区分,凸显了沉积植物DNA在东部平原湖区进行局地植被重建中的适用性。此外,年均降水量以及流域下垫面性质对陆生沉积植物DNA丰度具有重要影响,同时年均温也是影响沉积植物DNA保存的重要因素。综上,在东部平原湖区,湖泊沉积植物DNA技术可为揭示长期人类活动影响下的局地植被组成变化提供支持,但这同样依赖于对湖泊沉积植物DNA现代过程的进一步研究和理解。

关键词：沉积物DNA 植物DNA 宏条形码土地利用类型东部平原湖区

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