Caracterización de la riqueza íctica en ecosistemas lacustres y fluviales de Chile comparando metabarcoding de ADN ambiental (eDNA) con un método tradicional de captura

Abstract

Conocer la composición y riqueza de especies que componen un ecosistema dado es uno de los factores más relevantes al realizar estudios de biodiversidad, tanto como para satisfacer los requerimientos legales, como por su valor intrínseco, único e incalculable. Los estudios que contienen información sobre la riqueza y composición íctica en ecosistemas acuáticos continentales se realizan habitualmente con un equipo de pesca eléctrica que deja inconsciente a los peces y estos se pueden capturar e identificar, metodología sesgada por el esfuerzo de muestreo, abundancia y tamaño corporal de los peces, además de ser potencialmente mortal. En los últimos años, se ha usado el ADN extraído desde una muestra ambiental de agua para detectar la presencia de macroorganismos en sistemas acuáticos (e.g. peces, anfibios, macroinvertebrados). Utilizando herramientas de genómica comunitaria, se realiza la técnica de metabarcoding en muestras de ADN ambiental, que consiste en amplificar mediante PCR una porción específica del ADN comunitario usando partidores universales, para secuenciar de forma masiva con tecnologías de próxima generación (Next Generation Sequencing, NGS). En este estudio se evaluó la riqueza y composición íctica en dos ecosistemas lénticos del altiplano chileno y en seis puntos lo largo de la cuenca del Río Maipo realizando metabarcoding del gen COI (Citocromo Oxidasa I) en muestras de ADN ambiental y se comparó lo obtenido con la metodología estándar de pesca eléctrica. Además, se evaluó el desempeño de estas metodologías al comparar la riqueza y composición esperada con información de capturas históricas y recientes. Los resultados mostraron que el metabarcoding de ADN ambiental es una herramienta altamente sensible al detectar igual o mayor riqueza que lo obtenido con pesca eléctrica y detectando los taxa esperados en los ecosistemas estudiados. Un aspecto relevante es que se pudo (i) identificar y diferenciar las especies cripticas Trichomycterus areolatus y Trichomycterus maculatus, (ii) detectar al bagre Nematogenis inermis (EN) y (iii) detectar a especies exóticas invasoras tales como Salmo trutta y Oncorhynchus mykiss. Estos resultados sugieren que el metabarcoding de ADN ambiental es una herramienta con el potencial de aumentar la tasa de detección de especies raras, cripticas, en baja abundancia y/o exóticas en ecosistemas acuáticos continentales de Chile, pudiendo ser en el futuro un elemento importante para el monitoreo de la diversidad con bajo impacto.

Knowing species composition and richness of an ecosystem is one of the key issues in biodiversity studies, to satisfy legal requirements and due to its intrinsic, unique and incalculable value. Studies that contain information about fish species composition and richness in freshwater environments are usually made using an electrofishing equipment. This technique paralyzes fish, and afterwards they can be captured and identified. Unfortunately, this method is biased by sampling effort, body size and abundance, and can be life threatening for fish. In recent years, DNA extracted from an environmental sample of water has been used to detect the presence of macroorganisms in aquatic systems (e.g. fish, amphibians and macroinvertebrates). Using a community genomic approach with environmental DNA (eDNA), the metabarcoding technique consists in amplify a small portion of community DNA through conventional PCR using universal primers, and then sequencing the PCR product using next-generation sequencing technologies (NGS). After a series of computational steps, the identity and taxonomy of each sequence within samples can be known. In this study, fish richness and composition was evaluated with metabarcoding of the gen COI (cytochrome c oxidase subunit I) in two lentic ecosystems of the Chilean Altiplano and from six sites along the Maipo river basin. Number of species obtained through metabarcoding was compared to what was obtained using electro-fishing. Additionally, performance of these methodologies was evaluated by comparing observed with expected richness and composition, as reviewed by data gathered through historical and recent fish survey. Results showed that eDNA metabarcoding is a highly sensitive tool that detects equal or greater species richness than electrofishing, and all expected taxa were identified in the ecosystems studied. It is noteworthy to mention that (i) the cryptic species Trichomycterus areolatus and Trichomycterus maculatus could be identified and differentiated, (ii) the catfish Nematogenis inermis (EN) and (iii) the invasive alien species such as Salmo trutta and Oncorhynchus mykiss could be also detect. These results suggest that environmental DNA metabarcoding is a promising tool with potential to increase detection rates of rare, cryptic, low abundance and exotic species in freshwater ecosystems in Chile, which could be, in the near future, an important element for monitoring diversity with low impact.