DNA-Barcoding Der Schmetterlinge (Lepidoptera) Vorarlbergs (Österreich) - Erkenntnisse Und Rückschlüsse»
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Huemer, P. & Hebert, P.D.N. (2015): «DNA-Barcoding der Schmetterlinge (Lepidoptera) Vorarlbergs (Österreich) - Erkenntnisse und Rückschlüsse». inatura – Forschung online, Nr. 15: 36 S. DNA-Barcoding der Schmetterlinge (Lepidoptera) Nr. 15 - 2015 Vorarlbergs (Österreich) - Erkenntnisse und Rückschlüsse Peter Huemer1 & Paul D. N. Hebert2 1 Dr. Peter Huemer, Naturwissenschaftliche Sammlungen, Tiroler Landesmuseen Betriebsges.m.b.H., Feldstr. 11a, A-6020 Innsbruck. E-Mail: [email protected] 2 Prof. Dr. Paul D. N. Hebert, Biodiversity Institute of Ontario, University of Guelph, Guelph, ON, N1G 2W1, Canada. Zusammenfassung Die vorliegende Studie präsentiert eine Barcode-Bibliothek von 1489 Schmetterlingsarten aus Vorarlberg (Österreich), basier- end auf 1896 barcodekonformen genetischen Signalsequenzen des mitochondrialen COI Gens (Barcodefragment 5´, 658 Basen- paare). Die Arten unterscheiden sich vom jeweils nächsten Nachbarn innerhalb der Stichprobe um durchschnittlich 6,75%. Eine erfolgreiche, genetisch und morphologisch übereinstimmende Identifikation konnte über Vergleich mit bereits existenten Bar- codes in der BOLD Datenbank und unter der über diese Datenbank ermittelten Barcode Index Nummern (BIN) für 98,7% des sequenzierten Artenbestandes (1477 spp.) ermittelt werden. Wenige Fälle von identen oder überlappenden Barcodes beziehen sich auf phylogenetisch sehr nahestehende oder auf taxonomisch kritische Artenkomplexe. Umgekehrt deuten einzelne, beispiel- haft diskutierte tiefe intraspezifische Splits im Barcode auf mögliche kryptische Diversität, Introgression oder phylogeographische Muster. Schließlich wird der Beitrag von DNA-Barcoding zur Faunistik anhand von 36 Landesneufunden, darunter Ectoedemia heckfordi und Metalampra italica als Erstnachweise für Österreich, dokumentiert. Abstract clear by the recognition of 36 new spe- sind viele Tiergruppen, darunter die cies for Vorarlberg, a total that inclu- artenreichsten Insektenordnungen This study presents a DNA barcode lib- ded two new records for Austria (Ecto- wie Zweiflügler (Diptera) und Haut- rary for 1489 Lepidoptera species from edemia heckfordi, Metalampra italica). flügler (Hymenoptera) nur rudimen- Vorarlberg (Austria) based on 1896 tär erfasst worden. Es fehlt vor allem barcode compliant sequences from an Expertenwissen, um diese Vielfalt the mitochondrial COI gene. Species 1 Einleitung - Zielsetzung überhaupt bestimmen zu können. Die show an average of 6.75% divergence eindeutige Determination von Arten from their Nearest Neighbor. Thee In Zeiten eines durch Geschwindig- ist aber eine Grundvoraussetzung für was concordance between identifica- keit und Ausmaß bisher ungeahnten, alle mit Naturthemen Befassten und tions based on morphology and those überwiegend anthropogen verur- zählt zu den Kernaufgaben naturrele- based on DNA barcodes and barcode sachten globalen Artensterbens ist die vanter Fragestellungen, eine Aufgabe index numbers (BIN) in the BOLD data- Erfassung der minimal geschätzten 8 die durch den bedrohlichen Mangel base for 1477 (98.7%) of the species. Millionen Tierarten eine der vordring- an Spezialisten zunehmend in Frage The few cases of barcode sharing or lichsten Aufgaben der taxonomisch gestellt wird. Selbst routinemäßige Be- overlap involved very closely related tätigen Forschergemeinschaft. Ange- stimmungsarbeiten sind vielfach nur related or taxonomically uncertain sichts von bisher über einen Zeitraum von wenigen Experten durchführbar, species complexes. Conversely, cases von gut 250 Jahren lediglich etwa 1,7 deren Kapazitäten somit oft ineffizient of deep intraspecific barcode diver- Millionen beschriebenen Arten eine eingesetzt werden müssen und in an- gence may reflect cryptic diversity, Herkulesaufgabe, vor allem in den deren wichtigen Forschungsbereichen introgression or phylogeographic va- besonders artenreichen tropischen fehlen. Initiativen für eine standardi- riants. Finally, the value of DNA bar- Regionen. Aber auch in relativ gut sierte Erfassung von Lebewesen sind coding for faunistic studies was made untersuchten Ländern Mitteleuropas daher eine wesentliche Möglichkeit, Eingegangen: 09.01.2015; Publiziert: 27.01.2015 1 zukünftige Bestimmungen verein- schaft zur Verfügung. Die Vorteile des inatura sowie weiterer öffentlicher facht und mit hohem Zuverlässigkeits- DNA-Barcodings liegen auf der Hand und privater Sammlungen wurde grad durchführen zu können. In den und sind weitreichend. So kann z. B. hingegen auf Grund des Risikos de- letzten Jahren haben sich genetische der Land- oder Forstwirt künftig rasch gradierter DNA, insbesondere durch Methoden als eine bedeutende Alter- eine schädliche Larve bestimmen las- Feuchtigkeitseinwirkung (Aufweichen native bzw. Ergänzung zur klassischen sen, der Lebensmitteltechniker die zu Präparationszwecken u.ä.) verur- morphologischen Determinationsar- Zusammensetzung von fragwürdigen sacht, nur für eine limitierte Zahl von beit herauskristallisiert. In umfangrei- Fleisch- oder Fischprodukten ana- eher selten nachgewiesenen Arten chen Voruntersuchungen erwiesen lysieren oder der Naturschützer das verwendet. Ziel der Felderhebungen sich insbesondere kurze genetische Vorkommen einer geschützten, aber war die Aufsammlung zumindest Sequenzen einer standardisierten Re- schwer erkennbaren Art belegen, eines sequenziertauglichen Beleg- gion des mitochondrialen COI-Genes und das a priori ohne über das sonst exemplares im Hinblick auf eine (Cytochrom C-Oxidase), dem soge- nötige Expertenwissen zu verfügen. möglichst umfassende Abdeckung nannten DANN Barcode, als hervorra- Aber auch die Artenexperten selber des Artenspektrums. Zu diesem gend geeignet für die Unterscheidung profitieren. So wird beispielsweise die Zweck wurden punktuell über das der bekannten Tierarten (HEBERT et al. korrekte Zuordnung von unterschied- gesamte Land verstreute repräsenta- 2003a, 2003b, 2009). Die Abfolge der lichen Entwicklungsstadien und Ge- tive Lebensraumtypen beprobt. Die Basenpaare wird dabei ähnlich wie schlechtern zu einer bestimmten Art Proben verteilen sich auf 217 ver- bei einem Strichcode auf Produktver- ebenso ermöglicht wie das Aufspüren schiedene Fundorte. Ein besonderer packungen als Kennzeichen für eine bisher unbekannter kryptischer Arten. Schwerpunkt der Erhebungen lag auf Art verwendet (STEINKE & BREDE 2006) Gerade für Artneubeschreibungen Grund der hohen Artenzahlen primär und weist typischerweise gegenüber sind genetische Sequenzen daher ein auf der Erfassung nachtaktiver Arten allen anderen Arten Unterschiede auf. zunehmend wichtiger Standard. Dar- mittels Kunstlichteinrichtungen, wäh- Die intraspezifische (innerartliche) über hinaus dienen sie aber auch der rend tagaktive Taxa insbesondere mit Variationsbreite des Barcodes sollte unabhängigen Qualitätssicherung bei Kescher aufgesammelt wurden. somit deutlich geringer sein als die faunistischen Studien sowie der Kon- Um den Erfordernissen späterer mo- interspezifische (zwischenartliche)trolle möglicher klimatisch oder an- lekularer Untersuchungen gerecht zu Distanz, die Barcode-Lücke (barcode thropogen bedingter Veränderungen werden, wurden die Proben umge- gap). Diese Grundvoraussetzung für des Artenbestandes wie z.B. der Ein- hend genadelt und getrocknet und erfolgreiches Barcoding gilt für eine führung oder Invasion von Neobiota. nur in Ausnahmefällen auch klassisch erheblichen Teil der eukaryotischen Das hier beschriebene Forschungspro- präpariert. Die Artbestimmungen er- Organismen. Über die somit meistens jekt ist als ein Teil der globalen Bestre- folgten zuerst provisorisch während arttypischen genetischen Signalse- bungen zur Erstellung einer umfassen- der Felderhebungen bzw. im Labor. quenzen können Arten einfacher den genetischen Datenbank zu sehen. Um eine möglichst zeitsparende bestimmt werden und das reprodu- Hauptzielsetzung war und ist daher Bearbeitung zu gewährleisten, basier- zierbar, zuverlässig, kostengünstig die Ermittlung von DNA-Barcodes ei- ten diese Determinationen ausschließ- und weitgehend unabhängig von nes möglichst großen Artenbestandes lich auf phänotypischen Kriterien. Taxonomen. Grundvoraussetzung ist von Schmetterlingen Vorarlbergs als Kritische Taxa wurden daher vielfach jedoch der Aufbau einer genetischen zukünftige Datengrundlage zur ein- nur auf Gattungsniveau vorbestimmt Bibliothek verlässlich bestimmter deutigen Artwiedererkennung sowie und erst nach genetischer Zuordnung Proben möglichst vieler Arten als Re- zur Bewertung der genetischen Viel- mittels bereits vorhandener europäi- ferenz für zukünftige Bestimmungen. falt der Landesfauna im internationa- scher Barcode-Bibliotheken auch mor- Regionale, nationale und internati- len Kontext. phologisch auf Artniveau determiniert onale Bestrebungen zur Erreichung und in zweifelhaften Fällen auch geni- dieses Ziels werden insbesondere im talmorphologisch geprüft. Für alle Taxa Rahmen der Forschungsinitiative iBOL 2 Material und Methodik liegen somit morphologische und ge- (International Barcode of Life), initiiert netische Determinationsgrundlagen und organisiert von der Universität 2.1 Probenauswahl und Behandlung vor. Guelph in Kanada, gebündelt. Hier ste- Die genetischen Untersuchungen ba- Weitere Arbeitsschritte umfassten hen inzwischen über die öffentliche sieren überwiegend auf im Rahmen die Georeferenzierung und damit Datenbank BOLD (Barcode of Life Data des Forschungsprojektes aufge- einhergehend die Etikettierung Systems) (RATNASINGHAM & HEBERT 2007) sammelten rezenten Proben von und Digitalisierung der Proben im mehr als 3,6 Mio. Barcodes