DNA-metoder inom miljöövervakning

Som predator utför gäddan viktiga ekosystemtjänster och är betydelsefull för ekosystemens hälsa och funktion, både i sötvatten och i kustområden. Trots sin ekologiskt och socioekonomiskt stora betydelse är gäddan kraftigt eftersatt i övervakningen. En anledning är att fångstbarheten i traditionella övervakningsmetoder är låg. När beståndsutvecklingen inte kan följas saknar förvaltningen kunskapsunderlag vilket kraftigt begränsar möjligheten till underbyggda beslut.

Det här projektet syftar till att utveckla och utvärdera hur och om eDNA (miljö-DNA) kan användas som en skonsam övervakningsmetod för gädda genom att jämföra och utveckla olika eDNA-tekniker. Målsättningen är att projektet ska leda till en framgångsrik integrering av eDNA-metoder för skonsam övervakning av fisk.

Inledande försök under 2019 har gett positiva resultat. Vi har utvecklat och testat qPCR-protokoll för kvantifiering av eDNA från gädda. Genom akvarieexperiment kan vi preliminärt visa att mängden eDNA korrelerar med antalet årsyngel och biomassa av gädda. Under 2020 planeras både större experiment och fältstudier för att ytterligare undersöka dessa samband.

Övervakning av gädda med eDNA (slu.se)

Slutrapport: Utveckling av eDNA som metod för övervakning av gädda 

Projektledare: Anti Vasemägi, Sveriges lantbruksuniversitet.

Beviljade medel: 4 950 000 kronor.

eDNA (miljö-DNA) är de spår av DNA som organismer lämnar efter sig i miljön, och som vi tack vare framsteg inom molekylärbiologin kan upptäcka även om det rör sig om väldigt små mängder.

Det här projektet knyter an till pågående och planerade program inom den nationella akvatiska miljöövervakningen. DNA-teknikens allmängiltighet kommer att studeras genom följande frågor: hur långt från källan kan DNA upptäckas, i rinnande vatten och i havet? Hur stor är risken för att hitta DNA från organismer som egentligen inte är ett bevis på att organismen finns där prov tagits, så kallade "falska positiva". Vilka spår lämnar olika grupper av djur efter sig i miljön, varierar det mellan taxa? Går det att får en uppfattning om populationstorlek utifrån den mängd DNA vi kan upptäcka? Dessutom kommer frågan om stickprovsstorlek och risken för felbeslut att studeras och diskuteras.

Mer information om projektet på Göteborgs universitets webbplats (gu.se)

Slutrapport: DNA-baserad övervakning av arter i akvatisk miljö

Projektledare: Per Sundberg, Göteborgs universitet.
Beviljade medel: 5 330 000 kronor.

Växtplankton ingår i miljöövervakningsprogram som finansieras av Havs- och vattenmyndigheten. Övervakningen baseras till stor del på tidskrävande analysmetoder som utförs med mikroskop och som ibland gör det omöjligt att identifiera mycket små växtplankton. Ett alternativ till mikroskopi är så kallade molekylära analysmetoder, analys av miljö-DNA med hjälp av DNA-streckkodning.

Projektets huvudsyfte är att utvärdera DNA-streckkodning och högkvalitativ sekvensering som verktyg för att undersöka mångfalden av växtplankton i haven runt om i Sverige, med särskild inriktning på icke-inhemska arter och skadliga alger. Metoder för provtagning och DNA-streckkodning utvecklas för användning inom marin miljöövervakning. Nomenklaturen i traditionell växtplanktonlitteratur kommer att harmoniseras med den i genetiska databaser. Analysresultat av DNA-streckkodning och traditionell växtplanktonmikroskopering kommer att jämföras och kalibreras.

Mer information om projektet på Umeå universitets webbplats (umu.se)

Slutrapport: DNA-streckkodning av marina växtplankton

Projektledare: Agneta Andersson, Umeå universitet.
Beviljade medel: 5 900 000 kronor.

Gördelmaskar (Clitellata) är en klass av segmenterade maskar (ringmaskar, Annelida) som är vanliga både i vatten och på land. Daggmaskar och iglar ingår, men majoriteten av övriga arter är mer mikroskopiska. Det finns idag minst 500 gördelmaskarter i Sverige, men vi kan förvänta invandring av fler söderifrån, samtidigt som sydgränsen för vissa nordliga arter förflyttas norrut, i takt med ett allt varmare klimat.
Projektet syftade till att upprätta DNA-streckkodsbibliotek för alla de kända svenska arterna. Streckkoder för fyra olika genmarkörer (COI, 16S, ITS och Histon 3) sammanställdes parallellt, med så många olika varianter som är rimligt för varje art. Detta optimerade den taxonomiska precisionen vid DNA-baserade artidentifieringar. Många närbesläktade arter är omöjliga att särskilja enbart utseendemässigt.

Sammanställningen baseras på mångårig forskning på gördelmaskarnas systematik och diversitet. Där blir nu artavgränsning med hjälp av DNA alltmer standard. Maskarna är nyckelaktörer i nedbrytning och kretslopp av organiska strukturer och näringsämnen, eller blir viktig föda för andra djur. Men de olika arterna uppvisar stora skillnader i sina anpassningar, och flera av dem kan användas som indikatorer för olika miljötyper. Att skapa allmän tillgång till genetiska artmarkörer för gördelmaskarna har därför hög relevans för miljöövervakningen.

Streckkodsbiblioteken blir successivt tillgängliga på GenBank och/eller Barcoding of Life Database System.

Projektets syfte och resultat presenteras populärvetenskapligt i en egen YouTube-kanal, "Maskar på jobbet" (youtube.com) 

Slutrapport: Etablering av bibliotek av DNA-streckkoder från svenska gördelmaskar (Annelida)

Projektledare: Christer Erséus, Göteborgs universitet.
Beviljade medel: 4 630 000 kronor.

Det här internationella projektet arbetar bland annat med att:

1. Jämföra skillnader i provtagningsdesign samt provtagningsmetodik för att kunna bestämma den optimala provtagningssäsongen och lämpligt tillvägagångssätt för att göra inventeringar av fisk, groddjur och stormusslor i olika akvatiska habitat.
2. Fastställa ett robust protokoll för fältprovtagning så att kontaminering och nedbrytning av eDNA förhindras.
3. Genomföra kostnad-nyttojämförelser med traditionella inventeringsmetoder som används i nuvarande miljöövervakning.

Projektet kommer att ge tydliga rekommendationer och vägledning för akvatisk eDNA-provtagning (var, när, hur) så att akvatiska arter på ett representativt sätt kan upptäckas.

Mer information på projektets webbplats (aquabiota.se)

Slutrapport: LifeDNAquatic - Riktlinjer för optimal hantering och analys av akvatiskt eDNA som verktyg inom svensk miljöövervakning

Projektledare: Antonia Nyström Sandman, AquaBiota Water Research.
Beviljade medel: 5 000 000 kronor.

Projektet syftar till att vidareutveckla streckkodsbibliotek för nyckelgrupper bland sötvattenorganismer samt integrera och upprätta DNA streckkodsmetodik med nationell miljöövervakning av sjöar och vattendrag.

Målsättningen är bland annat att tillhandahålla nya streckkodssekvenser för bottenlevande kiselalger och ryggradslösa djur, garantera ny och korrekt artbestämning baserad på molekylära och morfologiska taxonomiska bestämningar, jämföra morfologiska och DNA-baserade artbestämningar över olika miljögradienter samt att lagra resultat och prover i kvalitetssäkrade databaser och samlingar. Användande av streckkodning i miljöövervakningen kan även bidra till en större kunskap om komplexa gruppers artsammansättning vilket kan ge bättre bedömningar av biologisk mångfald, och en vidareutveckling av bedömningsgrunder för miljökvalitet.

Mer information om projektet på Sveriges lantbruksuniversitets webbplats (slu.se)

Slutrapport: FRESHBAR – Streckkodning av sötvattenorganismer för förbättrade bedömningar av biodiversitet

Projektledare: Maria Kahlert, Sveriges lantbruksuniversitet SLU.
Beviljade medel: 4 440 000 kronor.

Systematisk övervakning av organismsamhällen i skogsmark saknas i nuvarande miljöövervakning av skogsmark. Projektets målsättning är att utveckla DNA-baserade analyser av markorganismer som kan komplettera Markinventeringens markkemiska analyser. Studien inkluderar svampar och bakterier/arkéer, såväl som markfauna.

Syftet är att utvärdera olika fältprotokoll för DNA-provtagning, för att på bästa sätt fånga den lokala och regionala diversiteten av olika markorganismer. Vi kommer också att optimera metoder för provhantering, DNA-extraktion, val av genetiska markörer och PCR-amplifiering. Målsättningen är att projektet utmynnar i en optimerad provtagningsmetodik med olika scenarier där kostnader och provtagningsintensitet avvägs mot hur väl mångfalden fångas.

Mer information om projektet på Sveriges lantbruksuniversitets webbplats (slu.se)

Slutrapport: DNA-baserad övervakning av biodiversitet i svensk skogsmark

Projektledare: Björn Lindahl, Sveriges lantbruksuniversitet.
Beviljade medel: 3 370 000 kronor.

Projektets syfte är att förbättra övervakningsverktygen som bedömer Östersjöns bentiska ekologiska status. Trots att rundmaskar (Nematoder) är den bottenlevande djurgrupp som har störst mångfald och skulle kunna vara ett viktigt bidrag till bedömningen av Östersjöns bentiska ekosystemstatus, ingår de inte i dagens miljöövervakning.

Målsättningen är att förbättra DNA-referensdatabaserna för nematoder från Östersjön, att bidra med kvantitativa data från nematod-streckkodning, att undersöka hur medräknande av nematoder i biotiska index påverkar bedömningen av statusen för Östersjöns bentiska ekosystem och att validera potentiella förbättringar ur ekologiskt och ekonomiskt perspektiv.

Sedan början av projektet i mars 2019 har vi samlat sedimentprover från 60 stationer i Östersjön mellan Trelleborg och Luleå. Vi kommer att kunna koppla resultat från dessa sedimentprover med andra prover från liknande stationer upp till 5 år tillbaks i tiden. Sedan september har vi jobbat med proverna (totalt ca 160 prover) för att isolera nematodindivider från sedimenten. Nästa steg kommer att vara taxonomisk identifikation, DNA extraktion och streckkods-sekvensering av alla nematoder. Med denna sekvensdata från dessa stationer blir det möjligt att förbättra DNA-referensdatabaserna för nematoder som finns i Östersjön. Arbetet med att identifiera, extrahera DNA och streckkods-sekvensera nematoder kommer att börja i mars. Före sommaren kommer vi även att köra ett försök med att hitta det bästa sambandet mellan biomassa, abundans och sekvenseringsdata för nematoder med olika känslighet för syrebrist. Detta är ett viktigt steg för att kunna börja använda DNA-streckkoder för nematoder i de nuvarande verktyg som används idag för att bedöma Östersjöns bentiska ekologiska status.

Mer information på projektets webbplats:

NEMOte BARCODing (nemobarcod.com)

Slutrapport NEMOte BARCODing

Projektledare: Francisco Nascimento, Stockholms universitet.
Beviljade medel: 4 480 000 kronor.

Utlysning av forskningsmedel för DNA-metoder inom miljöövervakning

Forskningssekreterare Kari Stange
Telefon: 010-698 12 86 
kari.stange@naturvardsverket.se

Forskningssekreterare Hannah Östergård Roswall
Telefon: 010-698 16 81
hannah.ostergard.roswall@naturvardsverket.se

Utredare Bengt Fjällborg (HaV)
Telefon: 010-698 60 60
bengt.fjallborg@havochvatten.se