河口是在世界上最威胁水生栖息地,其中许多已成为功能退化由于人为压力( 埃德加et al ., 2000; Turpie et al ., 2002; Kaselowski和亚当斯,2013年; Kajee et al ., 2018)。这些包括水抽象为农业和工业活动,污染和城市发展( 奥尔特et al ., 2006)。因此,一些存储水库缺水国家,如南非现在有可能保持50%以上的淡水河口将接收在正常情况下( 里奇和卡拉汉,2000)。在南非几个流行河口物种受到威胁,包括濒危Knysna海马 海马体capensis( 爵士et al ., 2006; Mkare et al ., 2017),濒危纠缠不休 Siphonaria泥蜂( Allanson和赫伯特,2005)和濒危河口尖嘴鱼 Syngnathus watermeyeri( Whitfield 1995)。所有三个物种与水下大型植物床主要由鳗草 目前capensis,这本身是由世界自然保护联盟列为易危的因为它是敏感人为压力的当前水平和经验普遍退化由于增加沿海开发( 佩恩et al ., 1998; 亚当斯,2016)。下降在自然栖息地,生态系统恢复,易位和人工繁殖需要考虑来保护剩余的濒危物种的数量( 弹奏,2005; Gumm et al ., 2011; 兰达et al ., 2017)。因此,全面了解这些物种的消费需要在野外为生态系统管理提供必要的信息,以更好地管理这些人。

重建的饮食在野生种群在生态至关重要,因为它揭示了重要细节对一个物种的喂养习惯( Pompanon et al ., 2012),一个物种是如何使用它的环境,如果有资源竞争同一社区的其他成员( 克莱尔et al ., 2011; 中et al ., 2016)。动物的饮食历来由形态学检查胃肠道和粪便的内容或通过直接观察摄食习性( Pompanon et al ., 2012; 苏萨et al ., 2019; 哈珀et al ., 2020)。然而,困难的部分是一些猎物的物品很难识别使用形态分析,因为他们通常破坏得面目全非( Hawlitschek et al ., 2018; 哈珀et al ., 2020)。此外,研究濒危物种的饮食可能是一个挑战,特别是当感兴趣的物种是罕见和难以捉摸,制造领域的研究尤其困难( Ang et al ., 2010)。

一个新近发展起来的替代方法,评估动物饮食是艾德娜metabarcoding ( Kartzinel et al ., 2015; Srivathsan et al ., 2015; Emami-Khoyi et al ., 2016; Boukhdoud et al ., 2021)。指定此pcr方法放大短DNA片段的遗传标记,可以确定使用已知的参考序列( Shehzad et al ., 2012)。然而,metabarcoding缺点,包括PCR偏差( Ferravante et al ., 2021);这可能发生由于不规则的引物结合,从而导致一些物种放大容易比别人少,或者根本不( 吸纳et al ., 2018; 马塔et al ., 2019)。

宏基因组是一种替代方法,包括直接随机测序整个基因组DNA,而不是少量的遗传标记( Bohmann et al ., 2014; 博et al ., 2018; Pinol 2021)。其缺点之一就是大量的DNA测序不能可靠地分配分类排名由于缺乏全面的参考序列,因为对大多数物种而言,迄今为止,只有一小部分的基因组被测序( 博et al ., 2018; Pinol 2021)。

这里,我们比较了利用宏基因组和metabarcoding识别猎物物种在河口尖嘴鱼的粪便和比较发现猎物项目与相应的数据从它的姊妹物种,longsnout的尖嘴鱼 美国temminckii更丰富和广泛分布。自两个尖嘴鱼共享相同的栖息地和捕捉小猎物物品通过扩大他们的口腔前庭,并通过他们的管状的鼻子吸猎物( 范Wassenbergh et al ., 2008),它是提出饮食两者之间可能存在的竞争( Whitfield et al ., 2017)。

metabarcoding测序运行生成的6 442 764序列从开普敦河口和8 706 470 Kariega河口的序列 美国watermeyeri。为 美国temminckii7和8 540 218 803 100序列序列恢复从开普敦河口和Kariega河口,分别。岗位质量过滤,paired-end序列的数量保持每粪便样本从1 001 147 911至402不等。控制样本,538年422年和93年920年生成的序列从开普敦Kariega河口,分别。其中,32 197年和351年被保存后过滤( 补充表1 )。

metabarcoding样本,从开普敦河口的控制样本含有未知数的最高数字(86.7%),其次是控制从Kariega河口,那里68.6%的分类任务是未知的。的粪便样本 美国temminckii从Kariega样本有80 892分类作业,从开普敦粪便样本有153 925分类作业,其中12.5%和48.5%的共识分类等级作业都归类为未知,因此只有最好的比赛报告。的 美国watermeyeri粪便样本26 964年和266年754 Kariega分类作业,从开普敦河口,分别有61.5%和51.6%的被报道为未知的基于五个最佳匹配,只有最佳匹配报告( 补充表2 )。

宏基因组装配由611 473(将军= 707)和183年631(952年将军= 2)单例的重叠群 美国watermeyeri分别从开普敦和样本Kariega河口。为 美国temminckii467 665(将军= 650)单叠连群Kariega河口生成的样本和514 739(将军= 720)从开普敦河口样本。平均有91.6%的原始序列成功映射对宏基因组叠连群组装。控制样本由776 081(将军= 1 039)和345年的030(171年将军= 1)重叠群从开普敦河口和Kariega河口,分别为( 补充表3 )。超过88%的宏基因组为每个粪便样本由未知分类作业,宿主DNA和非目标DNA,和类似的趋势被metabarcoding控制样品( 补充表4 )。

metabarcoding和宏基因组数据集包含一个大比例的尖嘴鱼的DNA。metabarcoding,这包括序列总数的31%和34% 美国watermeyeri从开普敦和Kariega河口,分别为20%和14% 美国temminckii分别从开普敦和样本Kariega河口。尖嘴鱼的比例更大的宏基因组DNA数据,为54%和95% 美国watermeyeri从开普敦和Kariega,分别为69%和76% 美国temminckii分别从开普敦和Kariega河口。

Metabarcoding结果显示明显偏好的每个特定类型的猎物(尖嘴鱼 图1一个 )。河口尖嘴鱼数据数值由单一种calanoid桡足动物, Pseudodiaptomus hessei(在两个站点,这个数字超过了600 000序列),而虾的序列 Palaemon peringueyi主导的粪便 美国temminckii。其他物种组成至少1%的读取包含两个腹足类, Assiminea capensis(Assimineidae)和 Hydrobia knysnaensis(Hydrobiidae)。控制主要包含非目标DNA样本来自细菌、藻类和较大的脊椎动物。一个例外是腹足类动物的大型无脊椎动物DNA的存在 Haminoea alfredensis从开普敦控制样本。这个物种中没有任何的粪便样本。

宏基因组恢复物种多样性比metabarcoding ( 表1 ),尽管大多数的这些都是罕见的,而被排除 图1 b 因为他们是不可见的(<读取的总数的1%)。除了桡足动物 Pseudodiaptomus hessei,这个方法还发现了三个额外的但身份不明的桡足类(每个不同的更高的分类单元,即,Calanidae Cyclopidae和Harpactoida)是重要的饮食的年代。 watermeyer我,类似于metabarcoding宏基因组确定了腹足类动物 答:capensis和其他合理常见类群识别包括介形亚纲的成员(这里几个不同的物种被分组,因为分类不确定性),Thecostraca Oppiidae。控制包括DNA样本来自多个物种的腹足类缺失或出现在非常低的浓度在粪便样本( Afrolittorina africana),和一些介形亚纲动物。

共有24种长臂虾科的粪便中被发现 美国temminckii,而只有一个( Palaemon peringueyi),通过metabarcoding被发现。大多数这些并不发生在南非或在研究区,建议他们最有可能都代表相同的物种, Palaemon peringueyi,被确定,因为还没有完整的基因组被测序的物种。这不仅是真正的物种 Palaemon,也为 Macrobrachium。虽然发生在亚热带属南非,其范围并不延伸到从开普敦和Kariega河口。这个尖嘴鱼的宏基因组的结果因此很大程度上一致的基于metabarcoding caridean虾尤为重要的饮食( 图1 b )。

本研究采用metabarcoding和埃德娜的宏基因组分析收集了粪便样本比较的非侵入的饮食偏好濒危河口尖嘴鱼, Syngnathus watermeyeri,它更丰富的同类, 美国temminckii。研究旨在提供信息,对改善保护管理的贡献 美国watermeyeri,特别是在人工繁殖和释放人工繁殖后代的河口内物种的历史分布范围。

由于高河口尖嘴鱼的保护状态,从少数人收集粪便样本只能在一个季节,从每个物种,粪便和河口淤积测序的成本最小化。因此,本研究只能提供一个快照的饮食成分在每个人口而不是个人尖嘴鱼的偏好信息。然而,所有人都从同一地点在同一天被捕表明两种访问相同的猎物,因此拒绝认为饮食成分的差异可能是由于小样本大小或捕获的个人空间和时间分离。

结果显示明显的差异两个尖嘴鱼物种之间的饮食偏好。尽管有些物种被发现在两个物种的粪便,这些都是罕见的,每一个尖嘴鱼都有偏爱不同类型的猎物。只有两个无脊椎类(软甲纲和Hexanauplia)一直在两个尖嘴鱼物种的饮食。在每种情况下,这些仅限于少数物种。河口尖嘴鱼有偏爱桡足类(类Hexanauplia)。的calanoid桡足动物 Pseudodiaptomus hessei主导metabarcoding序列,而metagnomic数据集包括三个额外的物种,每在一个不同的家庭。相比之下,尽管的粪便 美国temminckii还含有少量的序列 p . hessei,这尖嘴鱼表现出对caridean虾 Palaemon peringueyi。除了甲壳类动物,metabarcoding和宏基因组证实腹足类动物的重要性 Assiminea capensis在河口尖嘴鱼的饮食。长臂虾科的成年人 Assiminea太大,适合通过尖嘴鱼的嘴巴,有可能吗 美国watermeyeri对其幼虫的猎物。

Metabarcoding目前的主要分子方法重建饮食和评估的重要性不同食品基于检索序列的数量。在所有pcr方法一样,我们的结果有关的重要性这些主要猎物项目基于metabarcoding可能被放大的偏见影响( Tedersoo et al ., 2015; Krehenwinkel et al ., 2017)。宏基因组预测提供优越的分类解析metabarcoding相比,因为它的能力将信息从多个标记在基因组和组装再叠连群更准确的物种识别( Srivathsan et al ., 2016; 蔡et al ., 2021),它的力量显然证明了这样的事实,它提出了几个重要的桡足动物物种,除了 p . hessei,metabarcoding未能确定。

分类的效率排名分配metabarcoding强烈取决于全面可用的参考数据库对于物种代表和标记用于放大( 蔡et al ., 2021),但这是宏基因组的情况更是如此。在这项研究中,大多数基因变体识别是物种并不发生在研究区;这在家庭长臂虾科尤为明显。与metabarcoding序列,其中大部分来自 Palaemon peringueyi家庭,几个额外caridean虾长臂虾科(包括属 Palaemon和 Macrobrachium)。这可能是一个工件的基因区域表示在这个尚未测序的数据集 p . peringueyi。因此,从物种的分类等级报告通常是完整的基因组已经出版,包括 m . nipponense和 p . carinicauda。因此,测序方法用于这项研究显示偏差,可以归因于不完整的数据库。

尽管有这些差异,本研究提供了重要的信息在猎物选择两个尖嘴鱼物种之间的差异。猎物项的选择可能取决于明确的鼻子长度的差异和张开的大小和狩猎策略的变化。河口尖嘴鱼的短鼻子的大小可能限制大小的猎物物种可以赖以为生,这将解释其偏爱小型桡足类(和潜在的腹足类动物面盘幼体幼虫)。也有可能 美国watermeyeri可以更有效地检测小型浮游动物比吗 美国temminckii因为它的眼睛的位置,位于靠近鼻子的顶端。除了强大的吸力和哈欠规模更大,因为一个更大的和更长的鼻子, 美国temminckii已经观察到积极追捕猎物,而 美国watermeyeri更被动,等待伏击猎物,在其达到(Sven-Erick Weiss,游泳。奥林匹克广播服务公司)。在一起,这些因素可能使 美国temminckii可能逃脱追踪猎物,如的幼虫 p . peringueyi。

极度濒危的发现 美国watermeyeri在很大程度上依赖于相对较小的zooplankters(尤其是桡足类)支持的假设浮游动物数量显著减少,以应对减少淡水流入( 田庄et al ., 2000)可以导致河口尖嘴鱼人口下降( Whitfield et al ., 2017)。过度的淡水抽象改变了河口居住着 美国watermeyeri从系统发达的盐度梯度均匀marine-dominated系统。从开普敦河为例,在其上游的大约30蓄水池,有显著降低淡水流入( Bornman Klages, 2004)。而这将导致浮游植物生物量减少(扩展,浮游动物生物量)( Hilmer和软化,1990),由此产生的增加在水中清晰的形成也会促进当前广泛的水下大型植物床( Bornman Klages, 2004)。因为这个矛盾(栖息地减少了食品供应,但增加可用性),不能排除这两个河口的当前marine-dominated状态有一个更高的承载能力 美国watermeyeri比在自然条件下,至少时期温和多雨。

这项研究表明,两个尖嘴鱼物种之间的资源竞争可能可以忽略不计,因为他们大多使用不同的饮食。因此,它不是一个重要的因素,可以解释为什么 美国watermeyeri就是这样一个稀有物种。虽然河口尖嘴鱼喜欢桡足类,测序方法的结果表明,与腹足类动物的饮食可以补充在囚禁面盘幼体幼虫像如何吃他们的自然环境。其他类群伺机也可以使用,包括介形亚纲动物。

总的来说,埃德娜测序方法提供了一种识别软体的猎物,困难甚至无法通过传统形态学检测分析粪便样本,如桡足类标识。此外,识别面盘幼体贝壳的粪便将不足以识别物种的起源。然而,结果也文档缺乏参考序列如何极大地影响了饮食metabarcoding和宏基因组分析方法的效率。我们的研究强调的关键需要更全面的参考数据库南非河口大型无脊椎动物提高metabarcoding和宏基因组的力量确定猎物出现在粪便埃德娜样本。

研究报告中的数据存入NCBI序列读取存档(SRA)库PRJNA911940 BioProject ID。

动物研究回顾和批准SAIAB动物伦理委员会(参考号:25/4/1/5_2018-07)和约翰内斯堡大学的理学院伦理委员会(参考号:2021-10-05 / Serite_Teske)。

PC, addison - wesley, PT构思研究。PC和PT生成资金和获得许可。AE-K, PC,新泽西,结核病,PT参与抽样和/或实验室工作。CS和AE-K分析数据。CS和PT创建数据和表。AE-K BJ, PT监督学生。所有作者的文章和批准提交的版本。