Hispanopedia WikiLos métodos de código de barras de ADN para peces se utilizan para identificar grupos de peces basándose en secuencias de ADN dentro de regiones seleccionadas de un genoma . Estos métodos pueden utilizarse para estudiar peces, ya que el material genético, en forma de ADN ambiental (ADNe) o células, se encuentra libremente disperso en el agua. Esto permite a los investigadores identificar qué especies están presentes en un cuerpo de agua mediante la recolección de una muestra de agua, la extracción de ADN de la muestra y el aislamiento de secuencias de ADN específicas para la especie de interés. [ 1 ] Los métodos de código de barras también pueden utilizarse para el biomonitoreo y la validación de la seguridad alimentaria , la evaluación de la dieta animal , la evaluación de redes tróficas y la distribución de especies , y para la detección de especies invasoras . [ 1 ]
En la investigación de peces, el código de barras puede utilizarse como alternativa a los métodos de muestreo tradicionales. Los métodos de código de barras a menudo proporcionan información sin dañar al animal estudiado. [ 2 ]
Los ambientes acuáticos poseen propiedades únicas que influyen en la distribución del material genético de los organismos. El ADN se difunde rápidamente en estos ambientes, lo que permite detectar organismos de una amplia zona al muestrear un punto específico. [ 1 ] Debido a la rápida degradación del ADN en ambientes acuáticos, las especies detectadas representan una presencia actual, sin la interferencia de señales del pasado. [ 3 ]
La identificación basada en ADN es rápida, fiable y precisa en su caracterización a lo largo de las etapas de vida y las especies. [ 4 ] Las bibliotecas de referencia se utilizan para conectar secuencias de códigos de barras a especies individuales y pueden utilizarse para identificar las especies presentes en muestras de ADN. Las bibliotecas de secuencias de referencia también son útiles para identificar especies en casos de ambigüedad morfológica , como en las etapas larvarias . [ 4 ]
Las muestras de ADN ambiental y los métodos de código de barras se utilizan en la gestión del agua , ya que la composición de especies puede utilizarse como indicador de la salud del ecosistema . [ 5 ] Los métodos de código de barras y metabarcoding son particularmente útiles para estudiar peces en peligro de extinción o difíciles de encontrar, ya que las especies pueden detectarse sin capturar ni dañar a los animales. [ 6 ]
Aplicaciones
Monitoreo ecológico
La biomonitorización de los ecosistemas acuáticos es un requisito de la legislación nacional e internacional (por ejemplo, la Directiva Marco del Agua y la Directiva Marco sobre la Estrategia Marina ). Los métodos tradicionales son lentos e incluyen prácticas destructivas que pueden dañar a individuos de especies raras o protegidas. El código de barras de ADN es un método relativamente económico y rápido para identificar especies de peces en ambientes acuáticos. [ 7 ] La presencia o ausencia de especies clave de peces se puede establecer utilizando ADN ambiental de muestras de agua y se puede estudiar la distribución espaciotemporal de las especies de peces (por ejemplo, el momento y el lugar del desove ). [ 8 ] Esto puede ayudar a descubrir, por ejemplo, los impactos de barreras físicas como la construcción de presas y otras perturbaciones humanas. Las herramientas de ADN también se utilizan en estudios dietéticos de peces y en la construcción de redes tróficas acuáticas . El metabarcoding del contenido intestinal o las heces de los peces identifica las especies de presas consumidas recientemente. Sin embargo, se debe tener en cuenta la depredación secundaria. [ 9 ]
especies invasoras
La detección temprana es vital para el control y la eliminación de especies no autóctonas y ecológicamente dañinas (por ejemplo, el pez león ( Pterois sp.) en el Atlántico y el Caribe). El metabarcoding de ADN ambiental puede utilizarse para detectar especies crípticas o invasoras en ecosistemas acuáticos. [ 10 ]
Gestión pesquera
Los métodos de código de barras y metabarcoding proporcionan datos rigurosos y extensos sobre el reclutamiento, la ecología y la distribución geográfica de los recursos pesqueros. Estos métodos también mejoran el conocimiento de las zonas de cría y desove, lo que beneficia la gestión pesquera . Los métodos tradicionales de evaluación pesquera pueden ser altamente destructivos, como el muestreo con redes de enmalle o el arrastre . Los métodos moleculares ofrecen una alternativa para el muestreo no invasivo. Por ejemplo, el código de barras y el metabarcoding pueden ayudar a identificar los huevos de peces a nivel de especie para garantizar datos fiables para la evaluación de las poblaciones, ya que han demostrado ser más fiables que la identificación mediante caracteres fenotípicos. El código de barras y el metabarcoding también son herramientas poderosas para el monitoreo de las cuotas pesqueras y la captura incidental. [ 11 ]
El ADN ambiental (ADNe) puede detectar y cuantificar la abundancia de algunas especies anádromas , así como su distribución temporal. Este enfoque puede utilizarse para desarrollar medidas de gestión adecuadas, de particular importancia para la pesca comercial. [ 12 ] [ 13 ]
Seguridad alimentaria
La globalización de las cadenas de suministro de alimentos ha generado una mayor incertidumbre sobre el origen y la seguridad de los productos pesqueros. El código de barras puede utilizarse para validar el etiquetado de los productos y rastrear su origen. Se han detectado casos de fraude pesquero en todo el mundo. [ 14 ] [ 15 ] Un estudio reciente realizado en supermercados del estado de Nueva York reveló que el 26,92 % de las compras de productos del mar con código de barras identificable estaban mal etiquetadas. [ 16 ]
El código de barras también permite rastrear las especies de peces, ya que su consumo puede conllevar riesgos para la salud humana . Además, las biotoxinas pueden concentrarse ocasionalmente al ascender en la cadena alimentaria. Un ejemplo de ello son las especies de arrecifes de coral, donde se ha detectado que peces depredadores como la barracuda causan la intoxicación por ciguatera . Estas nuevas asociaciones de intoxicación por pescado pueden detectarse mediante el uso del código de barras.
Protección de especies en peligro de extinción
El código de barras puede utilizarse para la conservación de especies en peligro de extinción mediante la prevención del comercio ilegal de especies incluidas en la lista CITES . Existe un amplio mercado negro de productos derivados del pescado, así como en el comercio de acuarios y mascotas. Para proteger a los tiburones de la sobreexplotación , el uso ilegal puede detectarse mediante el código de barras de la sopa de aleta de tiburón y las medicinas tradicionales. [ 17 ]
Metodología
Muestreo en entornos acuáticos
Los ambientes acuáticos poseen características especiales que deben considerarse al tomar muestras para el metabarcoding de ADN ambiental de peces . El muestreo de agua de mar es de particular interés para evaluar la salud de los ecosistemas marinos y su biodiversidad. Si bien la dispersión del ADN ambiental en el agua de mar es considerable y la salinidad influye negativamente en su conservación, una muestra de agua puede contener altas cantidades de ADN ambiental de peces hasta una semana después de la toma de la muestra. Las moléculas libres, el revestimiento intestinal y los restos de células de la piel son las principales fuentes de ADN ambiental de peces. [ 18 ]
En comparación con los ambientes marinos, los estanques poseen propiedades biológicas y químicas que pueden alterar la detección de ADN ambiental (ADNe). Su pequeño tamaño, en comparación con otros cuerpos de agua, los hace más sensibles a condiciones ambientales como la exposición a la luz ultravioleta y los cambios de temperatura y pH. Estos factores pueden afectar la cantidad de ADNe. Además, los árboles y la densa vegetación alrededor de los estanques representan una barrera que impide la aireación del agua por el viento. Dichas barreras también pueden favorecer la acumulación de sustancias químicas que dañan la integridad del ADNe. [ 19 ] La distribución heterogénea del ADNe en los estanques puede afectar la detección de peces. La disponibilidad de ADNe de peces también depende de la etapa de vida, la actividad, la estacionalidad y el comportamiento. Las mayores cantidades de ADNe se obtienen durante el desove, las etapas larvarias y la actividad reproductiva. [ 20 ]
Regiones objetivo
El diseño de los cebadores es crucial para el éxito del metabarcoding. Algunos estudios sobre el desarrollo de cebadores han descrito el citocromo B y el 16S como regiones objetivo adecuadas para el metabarcoding de peces. Evans et al . (2016) describieron que los conjuntos de cebadores Ac16S y L2513/H2714 son capaces de detectar especies de peces con precisión en diferentes mesocosmos. [ 21 ] Otro estudio realizado por Valentini et al. (2016) mostró que el par de cebadores L1848/H1913, que amplifica una región del locus del ARNr 12S, fue capaz de alcanzar una alta cobertura taxonómica y discriminación incluso con un fragmento objetivo corto. Esta investigación también evidenció que en el 89% de los sitios de muestreo, el enfoque de metabarcoding fue similar o incluso superior a los métodos tradicionales (por ejemplo, pesca eléctrica y métodos de redes). [ 22 ] Hänfling et al. (2016) realizaron experimentos de metabarcoding centrados en comunidades de peces de lago utilizando pares de cebadores 12S_F1/12S_R1 y CytB_L14841/CytB_H15149, cuyos objetivos se ubicaron en las regiones mitocondriales 12S y citocromo B respectivamente. Los resultados demuestran que la detección de especies de peces fue mayor cuando se utilizaron cebadores 12S que CytB. Esto se debió a la persistencia de fragmentos 12S más cortos (~100 pb) en comparación con el amplicón CytB más grande (~460 pb). [ 23 ] En general, estos estudios resumen que se deben tomar consideraciones especiales sobre el diseño y la selección de cebadores de acuerdo con los objetivos y la naturaleza del experimento.
Bases de datos de referencia de peces
Existen numerosas bases de datos de acceso abierto disponibles para investigadores de todo el mundo. La correcta identificación de especímenes de peces mediante métodos de código de barras de ADN depende en gran medida de la calidad y la cobertura de especies de las bases de datos de secuencias disponibles . Una base de datos de referencia de peces es una base de datos electrónica que normalmente contiene códigos de barras de ADN, imágenes y coordenadas geoespaciales de los especímenes de peces examinados. La base de datos también puede contener enlaces a especímenes de referencia, información sobre la distribución de las especies, nomenclatura, información taxonómica autorizada, información complementaria sobre historia natural y citas bibliográficas. Las bases de datos de referencia pueden estar curadas, lo que significa que las entradas se someten a una evaluación experta antes de su inclusión, o no curadas, en cuyo caso pueden incluir un gran número de secuencias de referencia, pero con una identificación de especies menos fiable.
PESCADO-BOL
Lanzada en 2005, la Iniciativa del Código de Barras de la Vida de los Peces (FISH-BOL) www.fishbol.org es una colaboración de investigación internacional que está creando una biblioteca estandarizada de secuencias de ADN de referencia para todas las especies de peces. [ 24 ] Es un proyecto de investigación global concertado con el objetivo de recopilar y ensamblar secuencias estandarizadas de códigos de barras de ADN y datos de procedencia de especímenes asociados en una biblioteca de secuencias de referencia curada para ayudar a la identificación molecular de todas las especies de peces. [ 25 ]
Si los investigadores desean contribuir a la biblioteca de referencia FISH-BOL, se proporcionan directrices claras para la recolección, obtención de imágenes, preservación y archivo de especímenes, así como protocolos de recopilación y envío de metadatos. [ 26 ] La base de datos Fish-BOL funciona como un portal al Barcode of Life Data Systems (BOLD) .
Base de codificación de barras de pescado de la Polinesia Francesa
La base de datos de código de barras de peces de la Polinesia Francesa contiene todos los ejemplares capturados durante diversas expediciones organizadas o en las que ha participado CRIOBE (Centro de Investigación Insular y Observatorio Ambiental) desde 2006 en los archipiélagos de la Polinesia Francesa. Para cada ejemplar clasificado, se dispone de la siguiente información: nombre científico, fotografía, fecha, coordenadas GPS, profundidad y método de captura, tamaño y secuencia de ADN de la subunidad 1 de la citocromo oxidasa c (CO1). La base de datos permite realizar búsquedas por nombre (género o especie) o utilizando una parte de la secuencia de ADN CO1.
Aquagene
Aquagene , un producto colaborativo desarrollado por varias instituciones alemanas, ofrece acceso gratuito a información genética especializada de especies de peces marinos. La base de datos permite la identificación de especies mediante la comparación de secuencias de ADN. Todas las especies se caracterizan por múltiples secuencias genéticas, incluyendo actualmente el gen estándar de código de barras CO1 junto con CYTB, MYH6 y (próximamente) RHOD, lo que facilita la determinación inequívoca de especies, incluso para especies estrechamente relacionadas o con alta diversidad intraespecífica. Los datos genéticos se complementan en línea con información adicional del espécimen muestreado, como imágenes digitales, número de referencia y origen geográfico.
Recursos adicionales
Otras bases de datos de referencia más generales, pero que también pueden ser útiles para la identificación de peces mediante códigos de barras, son el Barcode of Life Datasystem y GenBank .
Ventajas
El código de barras/metabarcoding proporciona una identificación de especies rápida y generalmente fiable, lo que significa que no se necesita la identificación morfológica, es decir, la experiencia taxonómica. El metabarcoding también permite identificar especies cuando los organismos están degradados [ 27 ] o solo se dispone de una parte de un organismo. Es una herramienta poderosa para la detección de especies raras y/o invasoras, que pueden detectarse a pesar de su baja abundancia. Los métodos tradicionales para evaluar la biodiversidad de peces, [ 6 ] la abundancia y la densidad incluyen el uso de artes como redes, equipos de pesca eléctrica, [ 6 ] redes de arrastre, jaulas, redes de embudo u otros artes que muestran resultados fiables de presencia solo para especies abundantes. Por el contrario, las especies nativas raras, así como las especies exóticas recién establecidas, tienen menos probabilidades de ser detectadas mediante métodos tradicionales, lo que lleva a suposiciones incorrectas de ausencia/presencia. [ 6 ] El código de barras/metabarcoding también es, en algunos casos, un método de muestreo no invasivo, ya que proporciona la oportunidad de analizar ADN a partir de eDNA o mediante el muestreo de organismos vivos. [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]
En el caso de los parásitos de peces, el metabarcoding permite detectar parásitos crípticos o microscópicos en ambientes acuáticos, lo cual resulta difícil con métodos más directos (por ejemplo, la identificación de especies a partir de muestras mediante microscopía). Algunos parásitos presentan variación críptica, y el metabarcoding puede ser un método útil para revelarla. [ 31 ]
La aplicación del metabarcoding de ADN ambiental es rentable en estudios a gran escala o cuando se requieren muchas muestras. El ADN ambiental puede reducir los costos de pesca, transporte de muestras y el tiempo invertido por los taxónomos, y en la mayoría de los casos solo requiere pequeñas cantidades de ADN de las especies objetivo para lograr una detección confiable. La constante disminución de los precios del código de barras/metabarcoding debido al desarrollo técnico es otra ventaja. [ 2 ] [ 22 ] [ 32 ] El enfoque del ADN ambiental también es adecuado para el monitoreo de entornos inaccesibles.
Desafíos
Los resultados obtenidos mediante metabarcoding son limitados o están sesgados por la frecuencia de aparición. También es problemático que no todas las especies tengan códigos de barras asociados. [ 27 ]
Aunque el metabarcoding puede superar algunas limitaciones prácticas de los métodos de muestreo convencionales, aún no existe consenso sobre el diseño experimental ni sobre los criterios bioinformáticos para su aplicación. La falta de criterios se debe a la heterogeneidad de los experimentos y estudios realizados hasta la fecha, que han abordado diferentes diversidades y abundancias de peces, tipos de ecosistemas acuáticos, número de marcadores y especificidades de los mismos. [ 32 ]
Otro desafío importante para el método es cómo cuantificar la abundancia de peces a partir de datos moleculares. Aunque existen algunos casos en los que la cuantificación ha sido posible [ 33 ], no parece haber consenso sobre cómo, o en qué medida, los datos moleculares pueden cumplir este objetivo para el monitoreo de peces. [ 34 ]
Véase también
Referencias
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