昆虫メタバーコーディングによる出現および存在量推定の精度

科学分野:

• 生態学; 遺伝学; バイオインフォマティクス

背景:

• DNAメタバーコーディングは、バルクサンプルのハイスループットシーケンシングを用いた昆虫の生物多様性評価に不可欠である。方法論の選択はメタバーコーディングデータの精度に大きく影響するが、まだ十分に調査されていない。

研究 の 目的:

• 溶解法（非破壊的 vs 破壊的均質化）が昆虫群集の回収にどのように影響するかを評価する。メタバーコーディングが種多様性を捉える上での網羅性を決定する。スパイクインが個体数推定を改善する効果と、種個体数推定全体の精度を評価する。

主な方法:

• 4,749のバルクサンプルを用いた昆虫メタバーコーディングの精度を評価した。856サンプルで穏やかな溶解と破壊的均質化処理を比較した。個体数推定をキャリブレーションするために生物学的および合成スパイクインを組み込んだ。個別にバーコード化された検体を持つ15サンプルに対して、出現および個体数推定を検証した。

主要な成果:

• 溶解法は分類群特異的なバイアスを示し、穏やかな溶解は小型/軟体昆虫に有利であり、均質化は大型/硬化昆虫に有利であった。生物学的スパイクインは、特に均質化されたサンプルにおいて、検体あたりのリード数変動を大幅に減少させた。合成スパイクインは生物学的スパイクインよりも効果が低かった。スパイクインキャリブレーションを用いたベイズ分析により、出現の72.9%で正確な種存在量推定（+/-1個体）が達成された。

結論:

• DNAメタバーコーディングにより、比較的正確な種存在量推定が可能である。溶解法は異なる分類群特異的なバイアスを導入し、一般的に均質化が精度を向上させる。生物学的スパイクインは合成スパイクインよりも精度を高め、堅牢な生物多様性モニタリングに役立つ。