يتم تحليل محتوى الأمعاء الأكثر شيوعاً ماكروينفيرتيبراتيس البصرية. تتطلب معرفة مكثفة عن تنوع الكائنات الحية فريسة المورفولوجية، أنها ملكة جمال الفريسة جسديا لينة، وسبب قوي كومينوشن الجارحة، يكاد يكون من المستحيل لبعض الكائنات الحية، بما في ذلك أمفيبودس. ونحن نقدم النهج الوراثية رواية مفصلة ماكروينفيرتيبراتي فريسة الهوية في النظام الغذائي من أمفيبودس.
تحليل الشبكات الغذائية ضروري لفهم أفضل للنظم الإيكولوجية. على سبيل المثال، يمكن الخضوع للتفاعلات الشبكة الغذائية التغيرات الشديدة الناجمة عن غزو الأنواع غير الأصلية. تحديد الحقل الفرائس التفاعلات دقيقة غير صعبة في كثير من الحالات. غالباً ما تستند إلى هذه التحليلات تقييم البصري لمحتوى الأمعاء أو تحليل نسب النظائر المستقرة (δ15N و δ13ج). هذه الأساليب تتطلب معرفة شاملة تقريبا، على التوالي، تنوع السمات أو التوقيع النظائر المشعة من الكائنات الحية فريسة الفردية، مما يؤدي إلى عقبات في تحديد الفريسة الكائنات الحية الدقيقة. يحلل محتوى القناة الهضمية البصرية خاصة نقلل من الكائنات الناعمة الفريسة جسديا، وسبب تعطن والابتلاع والهضم من الكائنات الحية فريسة صعوبة تحديد الأنواع المحددة. ومن ثم بوليميريز سلسلة من ردود الفعل (PCR) على أساس الاستراتيجيات، على سبيل المثال استخدام التمهيدي المعينة لمجموعة مجموعات، توفر أداة قوية لتحقيق التفاعلات الشبكة الغذائية. هنا، يمكننا وصف بروتوكولات مفصلة للتحقيق في محتويات القناة الهضمية للمستهلكين ماكروينفيرتيبراتي من الحقل باستخدام مجموعات الخاصة بالفريق التمهيدي للحمض النووي ريبوسومال (المتاشب). يمكن أن يكون الحمض النووي المستخرج أما من عينات كاملة (في حالة الأصناف الصغيرة) أو الخروج من محتويات القناة الهضمية من العينات التي تم جمعها في الميدان. الوجود والكفاءة الوظيفية لقوالب الحمض النووي بحاجة إلى تأكيد مباشرة من الأفراد المختبرة التمهيدي عالمي باستخدام مجموعات تستهدف وحدة فرعية كل منها من الحمض النووي. كما نثبت أنه يمكن تحديد فريسة تستهلك المزيد وصولاً إلى مستوى الأنواع عن طريق PCR مع غير معدلة خاصة بمجموعة الإشعال جنبا إلى جنب مع تكيف اللاحقة جديلة واحدة تعدد الأشكال (SSCP) تحليلات استخدام المواد الهلامية polyacrylamide. وعلاوة على ذلك، نحن تظهر أن استخدام الأصباغ الفلورية مختلفة كتسميات لتمكين الفرز موازية لشظايا من الحمض النووي للمجموعات فريسة مختلفة من عدة عينات محتوى القناة الهضمية عن طريق التحليل الآلي جزء.
التفاعلات الفرائس، التي تشكل الغالبية من التفاعلات التغذوية وديناميات الشبكة الغذائية، هي الجوانب الرئيسية لتحديد خصائص تدفق المادة والطاقة في جميع أنحاء الشبكات الغذائية داخل وفيما بين النظم الإيكولوجية، وواحد من الأهداف الرئيسية للإيكولوجيا 1. تحديد المصدر وتدفق الكربون والمغذيات هو الفهم للاتصال البيئي بين النظم الإيكولوجية2. ومع ذلك، لا ترتبط النظم الإيكولوجية، مثل الأنهار ومستجمعات المياه بها، فقط بتدفقات المواد العضوية والعناصر الغذائية ولكن أيضا بتحركات الكائنات الحية3. وهكذا، التعديلات الموئل انقطاع تدفق الموارد التي تربط بين تلك النظم بشدة تغيير الشبكات الغذائية للنظم الإيكولوجية، وكلاهما ليس فقط مباشرة بل أيضا غير مباشر بتغيير تكوين كل منهما جماعات الفرائس. على سبيل المثال، أظهرت التغييرات في الشبكات الغذائية مرتبطة بتحركات المفترس واحد الأنواع (مثل، تراوت قوس قزح)4. هذه التغييرات يمكن أن تهدد التنوع البيولوجي وأداء النظم الإيكولوجية المائية. ولذلك، تحليل التفاعلات الفرائس في الميدان ضروري لتحديد أثر التغيرات البيئية التي يتسبب فيها الإنسان، مثل ممارسات إدارة المياه، على التنوع البيولوجي للنظم الإيكولوجية المائية الأصلية.
إذ من الصعب تتبع الروابط التغذوية في النظم المعقدة، تم إنشاء عدة نهج التي تمكن من تقييم التغذية التفاعلات في الحقل5. تقليديا، التحقيقات لتغذية التفاعلات في الميدان تستند إلى التعرف البصري من بقايا الفريسة في تشريح الشجاعة وتتطلب معرفة شاملة حول التنوع فريسة مورفولوجك. وقدمت تحليلات محتوى الأمعاء البصرية رؤى في استخدام الموارد من عدة مجموعات من المستهلكين (مثل التباين الموسمي في النظام الغذائي من جراد البحر6 والأسماك7،8 أو تغذية تفضيلات من الكانفاس). بيد أن عملية الهضم المادية يجعل من الصعب تحليل محتوى القناة الهضمية البصرية وعادة ما يخطئ الفريسة جسديا لينة-الكائنات الحية9. لتغذية الأنواع بابتلاع السائل أو لبعض المستهلكين اللافقاريات بشكل مكثف كومينوتي الطعام قبل البلع، مثل أمفيبودس، هو التعرف البصري من الأنواع الفريسة في محتويات القناة الهضمية المستحيل10. بسبب هذه القيود، يوفر التحليل الجزيئي بديلاً واعداً.
التحليلات الجزيئية أصبحت الآن أداة مشتركة للسماح بالكشف عن فريسة السريع والدقيق في محتويات القناة الهضمية. المجموعة من هذه التقنيات المتنوعة: غالباً ما تستخدم استراتيجيات تستند إلى الأجسام المضادة أو بوليميريز سلسلة من ردود الفعل (الاسترداد)، بسبب ما عالية الدقة والحساسية11. تطوير الأجسام المضادة الجديدة هو كثافة الوقت والتكلفة، ولذلك، تطبيق تقنيات جزيئية أخرى مفيد أكثر عندما لا توجد أجسام مضادة بالفعل11. نهج مشترك آخر تضخيم مناطق حمض الخلوي الصبغي (DNA)، مثل الجينات ريبوسومال الحمض النووي الريبي (الرنا) موجودة في معظم الأنواع، استخدام التمهيدي عالمي يحدد12،13. عند استخدام هذا الأسلوب، أنها غالباً ما تكون غير ممكنة لتحديد النطاق الكامل للكائنات الحية فريسة داخل مصادر مختلطة من الحمض الخلوي الصبغي14. نهج فعال لتجنب مثل هذا عيب استخدام التمهيدي المعينة لمجموعة مجموعات لتحليل محتوى الأمعاء الوراثية. تهدف إلى تضخيم الحمض النووي في مناطق فقط لمجموعات مستهدفة معينة واستبعاد جميع سائر الأنواع15،16، كبسولة تفجير مجموعة محددة يمكن تحديد الكائنات فريسة على المستوى التصنيفي لفئات معينة دون التحليلات الثانوية كثافة الوقت والتكلفة. ومع ذلك، مثل كل القناة الهضمية تحليل المحتوى، توفر هذه التحليلات فقط لقطة من تغذية السلوك. ولذلك، يعتبر الجمع بين تحليل محتوى الأمعاء الجزيئية مع تحليلات لدمج الوقت تتبع الطبيعية (مثل النظائر) مفيد1،2.
وهنا يصف لنا طريقة مفصلة للتحقيقات على أساس PCR التفاعلات الفرائس استخدام مجموعات التمهيدي الخاصة بالمجموعة لمناطق الحمض النووي (المتاشب) ريبوسومال النووية لتكون جنبا إلى جنب مع تحليل النظائر المستقرة للعينة نفسها. يصف لنا الكشف عن الحمض النووي لمجموعات فريسة واحدة عن طريق [اغروس] هلام التفريد. بالإضافة إلى ذلك، نقدم فرصة لمزيد من التحليلات المصب منتجات PCR هذه المجموعة على حدة كبسولة تفجير ينطبق عندما يكون مطلوباً دقة تصنيفية أعلى من خصوصية الإشعال. لأن الحمض النووي الذين تقطعت بهم السبل واحد (ssDNA) شظايا والتشكلات نموذج التعليم العالي التي تتحدد بها تسلسل الأولية17، الاختلافات الصغيرة في شظايا تضخيمه بتلك الخاصة بمجموعة الإشعال تؤدي إلى تغييرات كونفورماشونال. ويمكن الكشف عن هذه التغييرات بجديلة واحدة تحليلات تعدد الأشكال (SSCP) المطابقة مع الجل بولياكريلاميدي17،18، تمكن من تحديد أكثر دقة للكائنات الحية فريسة (وصولاً إلى مستوى الأنواع).
بينما [اغروس] هلام التفريد هو أداة شائعة وغير مكلفة لتصور شظايا من الحمض النووي وتحديد الطول التقريبي19، أن القرار يعتمد على الكمية من الحمض النووي وصبغ المصبوغة تستخدم20. عادة، التصور مستقيمة عند العمل مع عينات الحمض النووي نقية، ولكن يحتمل أن انخفاض كميات من فريسة الحمض النووي في محتويات القناة الهضمية من المستهلكين يمكن أن يعقد التسجيل من [اغروس] هلام التفريد النتائج. لا يزال، هذا الأسلوب الكشف عن عمليا الشاشة عدد قليل من العينات المستهلك من الحقل واحد أو فريسة بعض المجموعات، ولكن تعقيد في التهديف يجعل فحص عدد كبير من العينات للغاية مرة متعددة فريسة الأصناف مكثفة، وبالتالي غير عملي. هو أسلوب كشف أكثر حساسية التحليل الآلي للأجزاء عن طريق التفريد الشعرية، مما يسمح تحديد طول الدقيق من شظايا21بالإضافة إلى ذلك. أظهرت العديد من الدراسات الصغرى على أساس أنه من الممكن باستخدام الأصباغ الفلورية مختلفة كتسميات، لكشف وتحديد أجزاء مختلفة من طول قابلة للمقارنة بشظية الآلي تحليل22،23، 24. ولذلك، أيضا نقدم بروتوكول مفصل لكشف موازية للحمض النووي من فريسة متعددة المجموعات باستخدام PCR مع مجموعات المسماة الخاصة بالفريق التمهيدي والكشف عن طريق تحليل جزء الآلي مع المنظم الآلي. بالإضافة إلى ذلك، فإننا نعرض النتائج دراسة حالة مما يدل على أن الكشف عن فريسة الحمض النووي عن طريق تحليل جزء الآلي هو نهج الذي يتيح أيضا إجراء تقييم كمي نسبي لفريسة بلعها.
وهنا نقدم طريقة سهلة وفعالة من حيث التكلفة للتصميم القائم على بكر من التفاعلات الفرائس من العينات الميدانية عن طريق الإشعال الخاصة بالمجموعة لمناطق المتاشب، التي يمكن أن تكون جنبا إلى جنب مع غيرها من التحليلات غير الجزيئية للعينة نفسها. ومع ذلك، هناك العديد من الخطوات الحاسمة ضمن البروت?…
The authors have nothing to disclose.
ونحن نشكر كلاسين سيلك من معهد البحوث لتحليل النظام الإيكولوجي وتقييم (جايك)، “الجامعة التقنية الراينية آخن” لمساعدتها في إنشاء مجموعات التمهيدي المجموعة الخاصة المستخدمة في هذا البروتوكول. ونشكر أيضا بيتر مارتن ولورا شيناوا من جامعة كيل للتعاون في تجارب المياه العث. ونشكر أيضا مساعدين مختبر تقني لحفظ المختبر بسلاسة، وإعداد سجل الشركات وأرقام فهرس. وأيد هذا العمل “مؤسسة البحوث الألمانية” (DFG؛ المشروع “شركة جنرال الكتريك” 2219/3-1).
liquid nitrogen | Any | NA | For transport of field samples of macroinvertebrates to the laboratory. |
1.5 ml reaction tubes – Safelock | Any | NA | For collection of consumer specimens in the field and subsequent conservation in liquid nitrogen reaction tubes do not necessarily need to be PCR clean. To avoid exploding of the tubes, the lid of the tubes should be punctured with a needle. |
Stereomicroscope | Any | NA | Make sure magnification is suitable to prepare the gastro-intestinaltract of the size of consumer of interest. |
Petri dishes | Any | NA | To dissect the gastro-intestinal tract of consumer specimens under the stereomikroscope. |
Stainless steel foceps: Dumont forceps No. 7 | Bioform | B40d | This curved stainless steel forceps can sometimes be very helful to hold specimen fixed inbetween the curved part without puncturing the gastro-intestinal tract. |
Stainless steel foceps: Dumont forceps Electronic No. 5 | Bioform | B40b | This fine stainless steel forceps is ideally suited for the preparation of the gastro-intestinal tract of consumer specimens. |
DNA-ExitusPlus | AppliChem | A7409,1000RF | Decontamination solution for the removal of DNA and RNA contaminations |
fuzz-free paper towel | Any | NA | |
Lab scale | Any | NA | Precision needs to be at least 0.01 g. |
Microlitre pipettes (0.5-10/10-100/50-200/100-1000 μL) | Any | NA | |
Safe-Lock Tubes 2.0 ml | VWR | 211-2165 | It is crucial that these raction tubes are free of DNA, DNase, RNase and PCR inhibitors (PCR clean)! |
Safe-Lock Tubes 1.5 ml | VWR | 211-2164 | It is crucial that these raction tubes are free of DNA, DNase, RNase and PCR inhibitors (PCR clean)! |
Sodium chloride ≥99.5%, p.a., ACS, ISO | carlroth | 3957.3 | For salt extraction buffer (SEB) and 5M NaCl-solution required for extraction of DNA. |
Tris(hydroxymethyl)-aminomethane Tris | carlroth | 4855.2 | For salt extraction buffer (SEB) and TBE buffer |
Microlitre pipettes (0.5-10/10-100/50-200/100-1000 μL) | carlroth | 8043.1 | For salt extraction buffer (SEB) and TBE buffer |
Boric acid ≥99.8 %, p.a., ACS, ISO | carlroth | 6943.2 | For TBE buffer. Not needed if commercialy available TBE buffer is obtained. |
Sodium dodecyl sulfate (SDS) | carlroth | 4360.1 | For extraction of DNA |
Proteinase K lyophil. | carlroth | 7528.1 | Prepare a working solution containing 10 mg/ml. |
TissueLyser II | Quiagen | 85300 | Bead mill for homogenization of the samples. |
Stainless Steel Beads, 5 mm | Quiagen | 69989 | For homogenization of samples. |
Heating Thermoshaker | Any | NA | |
Vortex Mixer | Any | NA | |
Refrigerated centrifuge: himac CT 15 RE | Hitachi | NA | Refrigerated centrifuge used for centrifugation during the extraction of DNA (Protocol 1). |
Isopropanol | carlroth | 6752.5 | |
Ethanol 99.8 %, p.a. | Any | NA | |
Water Molecular biology grade (ddH2O) | AppliChem | A7398,1000 | nuclease-free (stream sterilized and DEPC treated) water used for re-suspension of DNA and whenever refered to ddH2O within the manuscript |
Unmodified Olegonucleotides | Eurofins MWG Operon | NA | Primers unlabeled |
Modified olegonucleotides | Metabion International AG | NA | Primers labelled |
peqGOLD Taq all inclusive | VWR Peqlab | 01-1000 | Taq all inclusive for PCR reaction mixtures (reaction buffer Y and S, dNTPs and MgCl2) |
Primus 96 advanced gradient thermocycler or peqStar96x Universal Gradient | Peqlab | NA | Primer sets were originally established on a Primus 96 advanced gradient thermocycler. As this cycler was quite old, we than checked if our primer sets are efficient and specific under the same conditions using the peqSta96x (which also could simulate the older model). However, tests showed that our primers work well and are still specific (see Koester et al. 2013) without using the simulation of the old machine. |
Standard 96 Well PCR Plates | VWR Peqlab | 732-2879 | Used for PCR reactions. |
Low Profile Tube Stripes 0.15 ml with Flat Cap Stripes | VWR Peqlab | 732-3223 | Cap stripes used to close the PCR plates. |
Agarose | Peqlab | 35-1020 | Used for gel electrophoresis. |
Microwave | Any | NA | |
Conical flask | Any | NA | |
Measuring cylinder | Any | NA | |
Horizontal electrophoresis unit and respective combs with teeth | Any | NA | For agarose gel electrophoresis. |
Electrophoresis Power Supply PS3002 | Life Technologies | NA | |
Ethidium bromide solution 1 % | carlroth | 2218.1 | Used to prepare staining bath for agarose gels. |
Formamide | carlroth | 6749.1 | Needded for the denaturation buffer for SSCP analyses. |
Bromphenol blue | AppliChem | A3640.0010 | Needed for the loading dye for agarose gel electrophoresis. |
Sucrose | carlroth | 4621.1 | Needed for the loading dye for agarose gel electrophoresis. |
100 bp-DNA-Ladder extended | carlroth | T835.1 | As size standard for agarose gel electrophoresis. |
UV-Documentation system | Any | NA | To visualize gel electrophoresis results. |
Rotiphorese NF-Acrylamide/Bis-solution 40 % (29:1) | carlroth | A121.1 | For the preparation of polyacrylamid gels. |
Ammonium peroxydisulphate | carlroth | 9592.2 | For the preparation of polyacrylamid gels. |
foldback clips (32 mm) | Any | NA | For the preparation of polyacrylamid gels. |
square-shaped plastic box (21 × 6.5 × 5 cm) | Any | NA | For the preparation of polyacrylamid gels. |
Tetramethylethylenediamine (TEMED) | carlroth | 23.67.1 | For the preparation of polyacrylamid gels. |
Beaker | Any | NA | |
RC 10 Digital chiller | VWR | 462-0138 | For SSCP analyses using polyacrylamide gel electrophoresis. |
Vertical electrophoresis unit P10DS (OWL Separation Systems) | VWR | 700-2361 | For SSCP analyses using polyacrylamide gel electrophoresis. |
Notched glass plate | VWR | 730-0261 | For SSCP analyses using polyacrylamide gel electrophoresis. |
Blank glass plate | VWR | 730-0260 | For SSCP analyses using polyacrylamide gel electrophoresis. |
Spacers | VWR | 730-0262 | For SSCP analyses using polyacrylamide gel electrophoresis. |
Comb with 25 teeth | VWR | 730-0294 | For SSCP analyses using polyacrylamide gel electrophoresis. |
Shaking platform | Any | NA | For constant shaking of the staining bath. |
GelStar Nucleic Acid Stain (Lonza Rockland, Inc.) | Biozym | 850535 (50535) | For staining of polyacrylamide gels. |
GenomeLab DNA Size Standard Kit 400bp | AB Sciex | 608098 | For automated fragment analyses. Size stanard for Batch B. |
GenomeLab DNA Size Standard Kit 600bp | AB Sciex | 608095 | For automated fragment analyses. Size stanard for Batch A. |
Sample Loading Solution (SLS) | AB Sciex | 608082 | For automated fragment analyses. |
Sequenzing plate – 96 Well Polypropylene PCR Microplate | Costar | 6551 | For automated fragment analyses. |
Plate centrifuge, PerfectSpin P | VWR Peqlab | NA | mini plate centrifuge used to spin down PCR products. |
Buffer plate – 96 Well EIA/RIA Clear Flat Bottom Polystyrene Not Treated Microplate | Corning | 9017 | For automated fragment analyses. |
GenomeLab Seperation buffer | AB Sciex | 608012 | For automated fragment analyses. |
Separation Gel – LPAI | AB Sciex | 608010 | For automated fragment analyses. |
Sequenzer – CEQ8000 Genetic Analysis System | Beckman Coulter | NA | For automated fragment analyses. |
GeneMarker V1.95 | Softgenetics | NA | To analyze results of automated fragment analyses. |