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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 r.stoof-leichsenring.ulrike herzschuh Jian NI Mengna LIAO Fang TIAN College of Life Sciences Zhejiang Normal University 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 Institute of Biochemistry and Biology University of Potsdam College of resource Environment and Tourism Capital Normal University

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 r.stoof-leichsenring.ulrike herzschuh 倪健廖梦娜田芳浙江师范大学生命科学学院 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 Institute of Biochemistry and Biology University of Potsdam 首都师范大学资源环境与旅游学院

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trn L(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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