Los métodos de codificación de ADN para peces se utilizan para identificar grupos de peces en función de las secuencias de ADN dentro de regiones seleccionadas de un genoma . Estos métodos se pueden utilizar para estudiar peces, ya que el material genético, en forma de ADN ambiental (eDNA) o células, se difunde libremente 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 que son específicas para la especie de interés. [1] Los métodos de codificación de barras también se pueden utilizar para la biomonitorización y la validación de la seguridad alimentaria , la evaluación de la dieta animal , la evaluación de las redes alimentarias y la distribución de especies, y para la detección de especies invasoras . [1]
En la investigación de peces, el código de barras se puede utilizar como una alternativa a los métodos de muestreo tradicionales. Los métodos de código de barras a menudo pueden proporcionar información sin causar daño al animal estudiado. [2]
Los ambientes acuáticos tienen propiedades únicas que afectan la forma en que se distribuye el material genético de los organismos. El material de ADN se difunde rápidamente en ambientes acuáticos, lo que permite detectar organismos de un área extensa al tomar muestras de un punto específico. [1] Debido a la rápida degradación del ADN en ambientes acuáticos, las especies detectadas representan la presencia contemporánea, sin señales confusas del pasado. [3]
La identificación basada en ADN es rápida, confiable 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 los estadios larvarios . [4]
Las muestras de eDNA y los métodos de codificación de barras se utilizan en la gestión del agua , ya que la composición de las especies se puede utilizar como un indicador de la salud del ecosistema. [5] Los métodos de codificación de barras y metacodificación de barras son particularmente útiles para estudiar peces en peligro de extinción o esquivos, ya que las especies se pueden detectar sin atrapar ni dañar a los animales. [6]
La biovigilancia de los ecosistemas acuáticos es un requisito de la legislación nacional e internacional (por ejemplo, la Directiva Marco del Agua y la Directiva Marco de la Estrategia Marina ). Los métodos tradicionales requieren mucho tiempo e incluyen prácticas destructivas que pueden dañar a individuos de especies raras o protegidas. El código de barras de ADN es un método relativamente rentable y rápido para identificar especies de peces en entornos acuáticos. [7] La presencia o ausencia de especies de peces clave se puede establecer utilizando eDNA de muestras de agua y se puede estudiar la distribución espacio-temporal de las especies de peces (por ejemplo, el momento y la ubicación 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 la construcción de redes alimentarias acuáticas . El metacódigo de barras del contenido intestinal o las heces de los peces identifica especies de presas consumidas recientemente. Sin embargo, se debe tener en cuenta la depredación secundaria. [9]
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). La codificación metabólica del ADN ambiental se puede utilizar para detectar especies crípticas o invasoras en los ecosistemas acuáticos. [10]
Los métodos de codificación de barras y metacodificación de barras permiten obtener datos rigurosos y exhaustivos sobre el reclutamiento, la ecología y las áreas geográficas de los recursos pesqueros. Estos métodos también mejoran el conocimiento de las zonas de cría y desove, lo que beneficia a la gestión pesquera. Los métodos tradicionales de evaluación de la pesca pueden ser muy destructivos, como el muestreo con redes de enmalle o la pesca de arrastre. Los métodos moleculares ofrecen una alternativa para el muestreo no invasivo. Por ejemplo, la codificación de barras y metacodificación de barras puede ayudar a identificar los huevos de peces por especie para garantizar datos fiables para la evaluación de las poblaciones, ya que ha demostrado ser más fiable que la identificación mediante caracteres fenotípicos. La codificación de barras y metacodificación de barras también son herramientas poderosas para el seguimiento de las cuotas de pesca y la captura incidental. [11]
El ADN ambiental permite 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]
La globalización de las cadenas de suministro de alimentos ha generado una mayor incertidumbre sobre el origen y la seguridad de los productos derivados del pescado. Los códigos de barras se pueden utilizar para validar el etiquetado de los productos y rastrear su origen. Se han descubierto casos de “fraude en el pescado” 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 un código de barras identificable estaban mal etiquetadas. [16]
Los códigos de barras también permiten rastrear especies de peces, ya que el consumo de pescado puede entrañar riesgos para la salud humana . Además, las biotoxinas pueden concentrarse ocasionalmente cuando las toxinas ascienden en la cadena alimentaria. Un ejemplo se relaciona con las especies de arrecifes de coral, en las que se ha detectado que peces depredadores como la barracuda causan intoxicación por ciguatera . Estas nuevas asociaciones de intoxicación por pescado se pueden detectar mediante el uso de códigos de barras para peces.
Los códigos de barras pueden utilizarse para la conservación de especies en peligro de extinción mediante la prevención del comercio ilegal de especies incluidas en la lista de la CITES . Existe un gran mercado negro de productos derivados del pescado y también en el comercio de acuarios y mascotas. Para proteger a los tiburones de la sobreexplotación , se puede detectar el uso ilegal de los códigos de barras en la sopa de aleta de tiburón y en las medicinas tradicionales. [17]
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Los ambientes acuáticos tienen atributos especiales que deben tenerse en cuenta al tomar muestras para la codificación de metabarras de ADN ambiental de peces . El muestreo de agua de mar es de particular interés para la evaluación de la salud de los ecosistemas marinos y su biodiversidad. Aunque la dispersión de ADN ambiental en el agua de mar es grande y la salinidad influye negativamente en la conservación del ADN, una muestra de agua puede contener grandes 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 tienen propiedades biológicas y químicas que pueden alterar la detección de eADN. El pequeño tamaño de los estanques en comparación con otros cuerpos de agua los hace más sensibles a las condiciones ambientales, como la exposición a la luz ultravioleta y los cambios de temperatura y pH. Estos factores pueden afectar la cantidad de eADN. Además, los árboles y la vegetación densa alrededor de los estanques representan una barrera que impide la aireación del agua por el viento. Tales barreras también pueden promover la acumulación de sustancias químicas que dañan la integridad del eADN. [19] La distribución heterogénea del eADN en los estanques puede afectar la detección de peces. La disponibilidad de eADN de los peces también depende de la etapa de vida, la actividad, la estacionalidad y el comportamiento. Las mayores cantidades de eADN se obtienen del desove, las etapas larvarias y la actividad reproductiva. [20]
El diseño de cebadores es crucial para el éxito de la metabarcodificación. Algunos estudios sobre el desarrollo de cebadores han descrito el citocromo B y 16S como regiones objetivo adecuadas para la metabarcodificación de peces. Evans et.al. (2016) describieron que los conjuntos de cebadores Ac16S y L2513/H2714 pueden 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, pudo 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 metabarcodificación fue similar o incluso superior a los métodos tradicionales (por ejemplo, pesca eléctrica y métodos de red). [22] Hänfling et.al. (2016) realizaron experimentos de metabarcoding enfocados 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.
Existen varias bases de datos de acceso abierto disponibles para investigadores de todo el mundo. La identificación adecuada de especímenes de peces con métodos de códigos 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 especímenes de peces examinados. La base de datos también puede contener vínculos a especímenes de referencia, información sobre distribuciones de especies, nomenclatura, información taxonómica autorizada, información de historia natural colateral y citas bibliográficas. Las bases de datos de referencia pueden estar curadas, lo que significa que las entradas están sujetas a una evaluación de expertos antes de ser incluidas, o no curadas, en cuyo caso pueden incluir una gran cantidad de secuencias de referencia pero con una identificación de especies menos confiable.
PESCADO-BOL
La Iniciativa de Código de Barras de la Vida de los Peces (FISH-BOL) (www.fishbol.org), lanzada en 2005, es una colaboración de investigación internacional que está reuniendo una biblioteca de secuencias de ADN de referencia estandarizada para todas las especies de peces. [24] Es un proyecto de investigación global concertado con el objetivo de recopilar y ensamblar secuencias de códigos de barras de ADN estandarizadas y datos de procedencia de comprobantes 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 pautas claras para la recolección, obtención de imágenes, conservación y archivo de muestras, así como protocolos de recolección y envío de metadatos. [26] La base de datos Fish-BOL funciona como un portal a los Sistemas de Datos de Código de Barras de la Vida (BOLD) .
Base de código de barras de pescado de la Polinesia Francesa
La base de datos de códigos de barras de peces de la Polinesia Francesa contiene todos los especímenes capturados durante varias expediciones de campo 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 espécimen clasificado, se puede obtener 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 se puede buscar por nombre (género o especie) o por una parte de la secuencia de ADN de CO1.
Aquagene
Aquagene, un producto colaborativo desarrollado por varias instituciones alemanas, ofrece acceso gratuito a información genética seleccionada de especies de peces marinos. La base de datos permite la identificación de especies mediante comparaciones de secuencias de ADN. Todas las especies se caracterizan por múltiples secuencias genéticas, que actualmente incluyen el gen de código de barras CO1 estándar junto con CYTB, MYH6 y (próximamente) RHOD, lo que facilita la determinación inequívoca de especies incluso para especies estrechamente relacionadas o aquellas con una alta diversidad intraespecífica. Los datos genéticos se complementan en línea con datos adicionales del espécimen muestreado, como imágenes digitales, número de comprobante y origen geográfico.
Recursos adicionales
Otras bases de datos de referencia que son más generales, pero que también pueden ser útiles para codificar peces con códigos de barras son Barcode of Life Datasystem y Genbank .
La codificación de barras/metacodificación de barras permite una identificación rápida y generalmente fiable de las especies, lo que significa que no se necesita la identificación morfológica, es decir, la experiencia taxonómica. La metacodificación de barras también permite identificar especies cuando los organismos están degradados [27] o solo está disponible 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, [6] abundancia y densidad de los peces incluyen el uso de artes como redes, equipos de pesca eléctrica, [6] redes de arrastre, jaulas, redes de arrastre 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 recientemente establecidas, tienen menos probabilidades de detectarse mediante métodos tradicionales, lo que lleva a suposiciones incorrectas de ausencia/presencia. [6] La codificación de barras/metacodificación de barras también es en algunos casos un método de muestreo no invasivo, ya que proporciona la oportunidad de analizar el ADN a partir del eDNA o mediante el muestreo de organismos vivos. [28] [29] [30]
En el caso de los parásitos de los peces, la metacodificación de barras permite detectar parásitos crípticos o microscópicos en entornos acuáticos, lo que resulta difícil con métodos más directos (por ejemplo, la identificación de especies a partir de muestras con microscopio). Algunos parásitos presentan variaciones crípticas y la metacodificación de barras puede ser un método útil para revelarlas. [31]
La aplicación de la codificación metabólica de ADN ambiental es rentable en grandes estudios o cuando se requieren muchas muestras. La codificación metabólica de ADN ambiental puede reducir los costos de pesca, transporte de muestras y tiempo invertido por los taxónomos, y en la mayoría de los casos requiere solo pequeñas cantidades de ADN de las especies objetivo para lograr una detección confiable. Otra ventaja es la disminución constante de los precios de la codificación metabólica de ADN ambiental debido al desarrollo técnico. [2] [22] [32] El enfoque de ADN ambiental también es adecuado para el monitoreo de entornos inaccesibles.
Los resultados obtenidos a partir de la metacodificación de barras están limitados o sesgados en función de la frecuencia de aparición. También es problemático que no todas las especies tengan códigos de barras adheridos a ellas. [27]
Aunque la metacodificación de barras puede superar algunas limitaciones prácticas de los métodos de muestreo convencionales, aún no hay consenso en cuanto al diseño experimental y los criterios bioinformáticos para la aplicación de la metacodificación de barras de ADN ambiental. La falta de criterios se debe a la heterogeneidad de los experimentos y estudios realizados hasta el momento, que abordaron diferentes diversidades y abundancias de peces, tipos de ecosistemas acuáticos, números de marcadores y especificidades de los marcadores. [32]
Otro desafío importante para el método es cómo cuantificar la abundancia de peces a partir de datos moleculares. Aunque hay 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]
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