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High-throughput biodiversity assessment - Powers and limitations of meta-barcoding

Hochdurchsatzerfassung von Biodiversität - Stärken und Grenzen von Meta-barcoding

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-144573
  • Traditional species identification based on morphological characters is laborious and requires expert knowledge. It is further complicated in the case of species assemblages or degraded and processed material. DNA-barcoding, species identification based on genetic data, has become a suitable alternative, yet species assemblages are still difficult to study. In the past decade meta-barcoding has widely been adopted for the study of species communities, due to technological advances in modern sequencing platforms and because manualTraditional species identification based on morphological characters is laborious and requires expert knowledge. It is further complicated in the case of species assemblages or degraded and processed material. DNA-barcoding, species identification based on genetic data, has become a suitable alternative, yet species assemblages are still difficult to study. In the past decade meta-barcoding has widely been adopted for the study of species communities, due to technological advances in modern sequencing platforms and because manual separation of individual specimen is not required. Here, meta-barcoding is put into context and applied to the study of bee-collected pollen as well as bacterial communities. These studies provide the basis for a critical evaluation of the powers and limitations of meta-barcoding. Advantages identified include species identification without the need for expert knowledge as well as the high throughput of samples and sequences. In microbiology, meta-barcoding can facilitate directed cultivation of taxa of interest identified with meta-barcoding data. Disadvantages include insufficient species resolution due to short read lengths and incomplete reference databases, as well as limitations in abundance estimation of taxa and functional profiling. Despite these, meta-barcoding is a powerful method for the analysis of species communities and holds high potential especially for automated biomonitoring.show moreshow less
  • Traditionelle Methoden der Identifizierung von Organismen anhand von morphologischen Merkmalen sind arbeits- und zeitaufwendig und benötigen Expertenkenntnisse der Morphologie. Weitere Probleme liegen in der Analyse von Artgemeinschaften und prozessiertem Material. DNA-barcoding, Artbestimmung anhand von genetischen Merkmalen, hat sich als Alternative herausgebildet, jedoch sind Artgemeinschaften nach wie vor schwierig zu analysieren. Im vergangenen Jahrzehnt wurde meta-barcoding zur Analyse von Artgemeinschaften entwickelt; insbesondereTraditionelle Methoden der Identifizierung von Organismen anhand von morphologischen Merkmalen sind arbeits- und zeitaufwendig und benötigen Expertenkenntnisse der Morphologie. Weitere Probleme liegen in der Analyse von Artgemeinschaften und prozessiertem Material. DNA-barcoding, Artbestimmung anhand von genetischen Merkmalen, hat sich als Alternative herausgebildet, jedoch sind Artgemeinschaften nach wie vor schwierig zu analysieren. Im vergangenen Jahrzehnt wurde meta-barcoding zur Analyse von Artgemeinschaften entwickelt; insbesondere durch die Weiterentwicklung moderner Sequenziergeräte und da eine Auftrennung der Organismen innerhalb einer Gemeinschaft nicht mehr notwendig ist. In der vorliegenden Arbeit wurde zunächst ein Überblick über meta-barcoding erstellt. Die Methode wurde dann für die Analyse von Bienen-gesammeltem Pollen und Bakteriengemeinschaften angewandt. Diese Studien bilden eine gute Basis, um die Vor- und Nachteile von meta-barcoding kritisch zu bewerten. Vorteile beinhalten unter anderem, dass Organismen bestimmt werden können, ohne dass Expertenkenntnisse notwendig sind, sowie der hohe Durchsatz von Proben und Sequenzen. In der Mikrobiologie kann meta-barcoding eine gerichtete Kultivierung von Bakterien erleichtern, die durch meta-barcoding als Zielorganismen indentifiziert wurden. Nachteile finden sich in der manchmal noch unzureichenden Unterscheidung nah ver- wandter Arten aufgrund von kurzen Sequenzlängen und lückenhaften Referenzdatenbanken, sowie Einschränkungen in der Abschätzung von Abundanzen und Funktionen der Organismen innerhalb der Artgemeinschaft. Trotz dieser Problematiken ist meta-barcoding eine leistungsstarke Methode für die Analyse von Artgemeinschaften und ist besonders vielversprechend für automatisiertes Bio-Monitoring.show moreshow less

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Metadaten
Author: Wiebke Sickel
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-144573
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Fakultät für Biologie
Faculties:Graduate Schools / Graduate School of Life Sciences
Fakultät für Biologie / Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften
Referee:Dr. Alexander Keller
Date of final exam:2017/02/16
Language:English
Year of Completion:2016
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 57 Biowissenschaften; Biologie / 577 Ökologie
GND Keyword:Biodiversität; DNS-Sequenz
Tag:Bacterial community analysis; Biodiversity assessment; Meta-barcoding; pollen analysis
Release Date:2017/02/17
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht