Distinct Environmental DNA States Reveal Biodiversity and Transport Patterns Across Alpine Watersheds.

چکیده اصلی

Environmental DNA (eDNA) exists in three states: membrane-bound, adsorbed and dissolved. These states differ in persistence and degradation, strongly influencing the interpretation of eDNA data. Despite this, they have rarely been separated and analyzed independently from environmental samples. We developed a state-sorting workflow to isolate and analyze them, applying it to samples from 221 sites from 58 streams across eight lake watersheds with COI and ITS metabarcoding, targeting metazoans and plants, respectively, to reveal differences in biodiversity content and transport dynamics. Our results show that all three states contain both shared and unique taxonomic diversity of metazoan eDNA. However, the plant eDNA was only detected in the membrane-bound state. For metazoans, membrane-bound eDNA contained 87.8% of observed ASVs, far exceeding the adsorbed (37.2%) and dissolved (20.5%) states. Only membrane-bound eDNA showed evidence of downstream transport, but its extent varied among watersheds due to local hydrology. While upstream eDNA was transported to stream-lake confluences, lake surface samples showed a turnover in community composition. Clarifying the fate of membrane-bound eDNA within lakes will enhance catchment-level detection from lake samples and understanding of lake hydrodynamics. Of the environmental parameters assessed, water temperature was most strongly aligned with changes in community composition between sites. Most previous studies have likely captured the majority of the eDNA diversity within their samples by inadvertently targeting the membrane-bound state. This study demonstrates the utility of eDNA state-sorting, but the methods require further refinement. Analyzing states independently improves the interpretation of eDNA data and elucidates the processes governing eDNA fate and transport.

ترجمه فارسی چکیده

دی‌ان‌ای محیطی (eDNA) در سه حالت وجود دارد: حاوی غشا، جذب شده و حل‌شده. این حالت‌ها در پایداری و تجزیه تفاوت دارند و تأثیر زیادی بر تفسیر داده‌های eDNA دارند. با این حال، آنها نادراً جدا و به طور مستقل از نمونه‌های محیطی تحلیل شده‌اند. ما یک جریان کار مرتب‌سازی حالت را برای جداسازی و تحلیل آن‌ها توسعه دادیم و آن را بر روی نمونه‌های ۲۲۱ سایت از ۵۸ رودخانه در هشت حوضه آب دریاچه با COI و ITS متابارکدینگ، هدف‌گذاری برای متازوآنا و گیاهان به ترتیب، برای آشکار کردن تفاوت‌ها در محتوای تنوع زیستی و دینامیک‌های حمل‌ونقل اعمال کردیم. نتایج ما نشان می‌دهد که همه سه حالت هر دو تنوع توزیع‌شده و منحصر‌به‌فرد تاکسونومیک دی‌ان‌ای متازوآنا را در بر می‌گیرند. با این حال، دی‌ان‌ای گیاهان فقط در حالت حاوی غشا تشخیص داده شد. برای متازوآنا، دی‌ان‌ای حاوی غشا ۸۷.۸٪ ASVهای مشاهده‌شده را در بر می‌گرفت که بسیار بیشتر از حالت‌های جذب شده (۳۷.۲٪) و حل‌شده (۲۰.۵٪) بود. فقط دی‌ان‌ای حاوی غشا شواهدی از حمل‌ونقل پایین‌دست را نشان داد، اما میزان آن بین حوضه‌ها به دلیل هیدرولوژی محلی متفاوت بود. در حالی که دی‌ان‌ای بالادست به دره‌های رودخانه-دریاچه منتقل شد، نمونه‌های سطح دریاچه تغییرات ترکیب جوامع را نشان دادند. روشن کردن سرنوشت دی‌ان‌ای حاوی غشا در داخل دریاچه‌ها، تشخیص سطح حوضه را از نمونه‌های دریاچه بهبود می‌بخشد و درک هیدرودینامیک دریاچه را تسهیل می‌کند. از پارامترهای محیطی ارزیابی شده، دمای آب بیشترین هم‌راستایی را با تغییرات ترکیب جوامع بین سایت‌ها داشت. اکثر مطالعات قبلی احتمالاً اکثر تنوع eDNA را در نمونه‌های خود با هدف‌گیری غیرعمدی حالت حاوی غشا به دست آورده‌اند. این مطالعه کارایی مرتب‌سازی حالت eDNA را نشان می‌دهد، اما روش‌ها نیاز به اصلاح بیشتر دارند. تحلیل مستقل حالت‌ها تفسیر داده‌های eDNA را بهبود می‌بخشد و فرآیندهای حاکم بر سرنوشت و حمل‌ونقل eDNA را روشن می‌سازد.

متن کامل اصلی