DNA barcoding. Identificatie van plant en dier

DNA barcoding Identificatie van plant en dier

DNA barcoding Identificatie van plant en dier

Berry B. van der Hoorn, Kevin K. Beentjes, Maartje Kijne-van der Sluis

Naturalis Biodiversity Center, DNA Barcoding Facility Sylviusweg 72, 2333 BE, Leiden

08.03.2013

Identificatie van plant en dier met DNA barcodes

08.03.2013

2

Overzicht • Naturalis

• DNA barcoding • Verrijkingsstof • Toepassingen


08.03.2013

3

Naturalis


Naturalis Historie • 1820 's Rijks Museum van Natuurlijke Historie

• 1998 Naturalis

• 2010 Naturalis Biodiversity Center Organisatie • Publiek • Collectie • Onderzoek Identificatie van plant en dier met DNA barcodes

08.03.2013

5

Naturalis: Publiek • Tentoonstellingen • Educatieve dienst

• Internet • Uitgeverij • Televisie


08.03.2013

6

Naturalis: Collectie • Insecten

18,1 miljoen

• Ongewervelden

5,8 miljoen

• Gewervelden

1,9 miljoen

• Hogere planten

4,6 miljoen

• Fossielen

3,2 miljoen

37 miljoen


08.03.2013

7

Naturalis: Onderzoek


08.03.2013

8

Naturalis: Onderzoek Leven Domein Rijk Stam Orde Familie Geslacht Soort

Taxonomie

Fylogenie


08.03.2013

9


http://science.naturalis.nl/research/people/cv/miller Identificatie van plant en dier met DNA barcodes

08.03.2013

10



08.03.2013

11

Naturalis: Identificatie


08.03.2013

12

Naturalis: lesmodules


08.03.2013

13

Naturalis: Identificatie Environmental-DNA


08.03.2013

14

DNA Barcoding Wat & Hoe?


Wat is DNA barcoding? “DNA barcoding is based on a simple, but powerful premise. It argues that sequence diversity in short, standardized gene regions can provide a sophisticated tool for both the identification of known species and the discovery of new ones.” -- Canadian Centre for DNA Barcoding


08.03.2013

16

Wat is DNA barcoding?


08.03.2013

17

Wat is DNA barcoding? • Namen zijn de sleutel tot ontsluiting van kennis

• Betrouwbare identificaties zijn essentieel • Taxonomische expertise noodzakelijk en schaars


08.03.2013

18

Wat is DNA barcoding? Geschiedenis • 2003: Biological identifications through DNA barcodes. Hebert et al., Proc. R. Soc. Lond. B • 2004-2005: Workshops, conferentie • 2007: “United Nations of Barcoding”, Guelph • 2009: administratie, plannen iBOL • 2010: formele start iBOL

• 2010: Naturalis barcoding facility Identificatie van plant en dier met DNA barcodes

08.03.2013

19

Wat is DNA barcoding? Principe

• Kort fragment DNA (600-800bp) • In een standaard gebied (“marker”) • Inter-species varitatie > Intra-species variatie


08.03.2013

20



08.03.2013

21

Wat is DNA barcoding? CTAGTCTTCGGTGCATGGGCCGGCATAGTAGGCACAGCCCTCAGCCTCCTAATTCGGGCAGAACTAGGACAACCA GGAACCCTTCTAGGGGACGACCAGATTTACAACGTAATTGTCACTGCCCACGCCTTTGTAATAATTTTCTTCATG GTAATACCCATCATGATTGGCGGATTTGGAAACTGACTAGTCCCCCTCATAATCGGAGCCCCGGACATAGCATTT CCCCGCATAAATAACATAAGCTTCTGACTACTTCCCCCCTCCTTCCTATTACTGCTAGCATCTTCCACAGTTGAA GCTGGAGCAGGCACAGGATGGACTGTCTACCCACCACTGGCCAGCAACATAGCCCACGCCGGGGCCTCAGTTGAT CTGGCCATTTTTTCGCTCCACTTAGCAGGTATCTCATCAATCCTCGGGGCAATCAACTTCATTACAACCGCCATC AACATAAAACCCCCGGCCCTGTCACAATACCAAACACCCCTATTTGTATGATCAGTCTTCATCACCGCAATCCTA CTTCTGCTATCCCTCCCAGTACTAGCCGCTGGCATTACCATGCTCCTAACTGACCGAAACCTAAACACCACATTC TTTGATCCTGCCGGAGGGGGCGACCCTGTCCTGTACCAGCACCTTTTC


08.03.2013

22



08.03.2013

23

Wat is DNA barcoding? Doel

• Identificatie van bekende soorten • Ontdekken van nieuwe soorten • Niet fylogenetisch werk


08.03.2013

24

Wat is DNA barcoding? DNA barcoding •e

vs.

DNA fingerprinting •e


08.03.2013

25

Wat is DNA barcoding? DNA barcoding

vs.

DNA fingerprinting

• Soorten

• Individuen

• Dieren en planten

• Vnl. Mensen

• 1 fragment

• 16 fragmenten

• Sequentie-variatie

• Lengte-variatie

• Maternaal (COI)

• Combinatie vader/moeder


08.03.2013

26

Toepassingen •R

Welke vogels?

Schadelijke soorten?


Beschermde soorten?

08.03.2013

27

Hoe kom je tot een DNA barcode? Specimen Metadata Subsampling Foto’s Lysis

DNA Extractie Analyse

BOLD DNA Extracten

DNA Bank -80 opslag

Publicaties

PCR voorbereiding DNA Barcodes PCR

PCR controle

PCR clean-up & Sequencing

Sequentie controle


08.03.2013

28

Hoe kom je tot een DNA barcode? Verzamelen • Veldwerk

• Collectie • 3 tot 5 exx. per soort Data • Identificatie / taxonomie • Verzamel gegevens • Voucher gegevens Identificatie van plant en dier met DNA barcodes

08.03.2013

29

Naturalis DNA barcoding Doel • Fonds Economische Structuurversterking (FES)

• 33,000 barcodes CBS-KNAW (schimmels) • 27,000 barcodes Naturalis Biodiversity Center • Naturalis: Focus op Nederlandse flora and fauna Uitdaging • Collectie materiaal (<10 jaar oud)


08.03.2013

30

Naturalis DNA barcoding Samenwerking met diverse VOFF organisaties • Aanlevering vers materiaal


08.03.2013

31

Naturalis DNA barcoding Amateur specialisten • Verzamelen

• Identificatie PGO’s • Coordinatie • Sampling • Data

95x


08.03.2013

32

Naturalis DNA barcoding Een greep uit de barcoding projecten

• Vlinder collecties (incl. NL): >5.500 exx. • Libellen van de wereld: >4.100 exx. • Nederlandse vliegen: >2.500 exx. • Nederlandse kevers: >2.100 exx. • Nederlandse vaatplanten: >1.700 exx. • Kinabalu expeditie: >2.000 exx Identificatie van plant en dier met DNA barcodes

08.03.2013

33

Hoe kom je tot een DNA barcode? Extractie

• Op subsample (bijv. insectenpootje) • Filter / magnetic bead


08.03.2013

34

Hoe kom je tot een DNA barcode? Extractie

Lysaat met DNA Binding DNA aan bead (of filter) Was stappen Loslaten DNA van bead (of filter) Identificatie van plant en dier met DNA barcodes

08.03.2013

35

Hoe kom je tot een DNA barcode? PCR

• Relatief makkelijk door abundantie • CO1 = mitochondriaal • matK/rbcL = chloroplast • ITS = nulceair, maar tandem repeats


08.03.2013

36

Hoe kom je tot een DNA barcode? PCR


08.03.2013

37

Hoe kom je tot een DNA barcode? Sequencen


08.03.2013

38

Hoe kom je tot een DNA barcode? Controle • Alignment en NJ boom


08.03.2013

39

Hoe kom je tot een DNA barcode? BOLD

• Opslag gegevens + sequentie + foto • Analyse d.m.v. verschillende “tools” • Zoekmachine / referentie


08.03.2013

40

Hoe kom je tot een DNA barcode?


08.03.2013

41



08.03.2013

42



08.03.2013

43



08.03.2013

44



08.03.2013

45


CTAGTCTTCGGTGCATGGGCCGGCATAGTAGGCACAGCCCTCAGCCTCCTAATTCGGGCAGAACTAGGACAACCA GGAACCCTTCTAGGGGACGACCAGATTTACAACGTAATTGTCACTGCCCACGCCTTTGTAATAATTTTCTTCATG GTAATACCCATCATGATTGGCGGATTTGGAAACTGACTAGTCCCCCTCATAATCGGAGCCCCGGACATAGCATTT CCCCGCATAAATAACATAAGCTTCTGACTACTTCCCCCCTCCTTCCTATTACTGCTAGCATCTTCCACAGTTGAA GCTGGAGCAGGCACAGGATGGACTGTCTACCCACCACTGGCCAGCAACATAGCCCACGCCGGGGCCTCAGTTGAT CTGGCCATTTTTTCGCTCCACTTAGCAGGTATCTCATCAATCCTCGGGGCAATCAACTTCATTACAACCGCCATC AACATAAAACCCCCGGCCCTGTCACAATACCAAACACCCCTATTTGTATGATCAGTCTTCATCACCGCAATCCTA CTTCTGCTATCCCTCCCAGTACTAGCCGCTGGCATTACCATGCTCCTAACTGACCGAAACCTAAACACCACATTC TTTGATCCTGCCGGAGGGGGCGACCCTGTCCTGTACCAGCACCTTTTC Identificatie van plant en dier met DNA barcodes 08.03.2013

46


08.03.2013

47

Toepassingen •R

Welke vogels?

Schadelijke soorten?


Beschermde soorten?

08.03.2013

48

Toepassingen •R


08.03.2013

49

DNA Barcoding Verrijkingsstof


MEGA


08.03.2013

51

MEGA


08.03.2013

52

MEGA


08.03.2013

53

MEGA


08.03.2013

54

MEGA


08.03.2013

55

MEGA


08.03.2013

56

Discussie


Discussie • Denken jullie de les te gaan gebruiken?

• Voor welke doelgroep (klas) is het een geschikt onderwerp? • Wel of niet MEGA gebruiken? • Andere suggesties / aanmerkingen?


08.03.2013

58

DNA Barcoding Toepassingen


Toepassingen Birdstrike • Inzicht in schade door vogels Soorten / plaats / seizoen / hoogte

• Informatie terreinbeheer / planning • Probleem: onherkenbare resten • Oplossing: DNA barcodes • Koninklijke Luchtmacht Identificatie van plant en dier met DNA barcodes

08.03.2013

60

Toepassingen


08.03.2013

61

Toepassingen


08.03.2013

62

Toepassingen Environmental-DNA


08.03.2013

63

Toepassingen Kinabalu

• Hoogland endemen: oude of nieuwe soorten? • Fylogeografische analyse • Meer individuen van een selecte groep soorten


08.03.2013

64

Toepassingen

Alpine scrub (>3000 m)

Moss forest (2000-3000 m)

Lower montane forest (800-2000 m)

Lowland forest (500-800 m)


08.03.2013

65

Toepassingen Cryptische soorten

• Perichares sp. • 8 exemplaren • Hoeveel soorten?


08.03.2013

66

Toepassingen

Burns, et al. 2008


08.03.2013

67

Toepassingen Next-Gen Sequencing


08.03.2013

68



08.03.2013

69

Toepassingen Next-Gen Sequencing Resultaten

Sorteren

1.000.000+

96

Vergelijken met referentie barcodes


08.03.2013

70


• Soorten in water / bodem / ecosysteem • Beschermde planten in traditionele medicijnen • Voeding van dieren m.b.v. maaginhoud


08.03.2013

71

Links / Contact • www.naturalis.nl • science.naturalis.nl/research/dna-barcoding • www.verrijkingsstof.nl • www.ibol.org / www.boldsystems.org • [email protected]


08.03.2013

72

DNA barcoding. Identificatie van plant en dier

Recommend Documents