Use of the MiFish Marker (12S) for the Development of an Approach for Characterizing Coastal Species Using Environmental DNA (eDNA)

La caractérisation des espèces par l’ADN environnemental (ADNe) est une méthode qui permet d’utiliser l’ADN libéré dans l’environnement par les organismes de diverses sources (sécrétions, fèces, gamètes, tissus, etc.). C’est un outil complémentaire aux méthodes standards d’échantillonnage pour l’identification de la biodiversité. Ce projet fournit une liste d’espèces de poissons et de mammifères marins dont l’ADN a été détecté dans des échantillons d’eau collectés entre 2019 et 2021 à l’aide du marqueur mitochondrial MiFish (12S). Les relevés ont été réalisés à l’été 2019 (14-18 juillet) et (30 juillet - 5 août), à l’automne 2020 (27-28 octobre) et à l’été-automne 2021 ( 31 mai - 3 juin) et (24-25 août) entre Forestville et Godbout (Haute-Côte-Nord). L’échantillonnage a été réalisé entre 1-50 mètres de profondeur dans 91 stations, avec 1 à 3 réplicas par station. La collecte a eu lieu à partir des navires NGCC Leim et le Clovert, ainsi qu'à partir de la berge. Deux litres d’eau ont été filtrés sur un filtre en fibre de verre de 1.2 µm. Les extractions de l’ADN ont été effectuées avec le kit d’extraction DNeasy Blood and Tissue ou PowerWater (Qiagen). Des contrôles négatifs de terrains, d’extractions et de PCR ont été ajoutés aux différentes étapes du protocole. Les librairies ont été préparées soit par Génome Québec (2019, 2020) ou par le Laboratoire de Génomique de l’Institut Maurice-Lamontagne (2021), puis séquencées sur un système NovaSeq 4000 PE250 par Génome Québec. L’analyse bio-informatique des séquences obtenues a été réalisée à l’aide d’un pipeline d’analyse développé au laboratoire de Génomique. Une première étape a permis l’obtention d’une table d’unité moléculaire opérationnelle de taxonomie (Molecular operational taxonomic unit, MOTU) à l’aide du logiciel cutadapt pour le retrait des adaptateurs et du paquet R DADA2 pour la filtration, la fusion, le retrait des chimères et la compilation des données. La table de MOTUs a par la suite été corrigée à l’aide du paquet R metabaR pour éliminer le tag-jumping et prendre en considération les contaminants. Les échantillons présentant une forte présence de MOTUs contaminants ont été retirés du jeu de données. Les MOTUs ont été filtré également pour retirer toutes les séquences d’adapteurs restantes et conserver également ceux de la taille attendue (autour de 170 pb). Finalement, les assignations taxonomiques ont été effectuées sur les MOTUs à l’aide du programme BLAST+ en utilisant la base de données de NCBI-nt. Les niveaux taxonomiques (espèce, genre ou famille) ont été attribués en utilisant une méthode de la meilleure correspondance (Top hit) avec un seuil de 95%. Seules les assignations au niveau des poissons et mammifères marins ont été considérées, et les taxons détectés ont été comparés à une liste d’espèce régionale, et corrigés si besoin. Les détections d’espèce des différents réplicas ont été combinés. Le fichier fournis comprend les informations génériques de l'activité, notamment le site, le nom de la station, la date, le type de marqueur, les types des assignations utilises pour l’identification des taxons et une liste de taxons ou espèces . La liste de taxons a été vérifiée par un expert en biodiversité de l’Institute Maurice-Lamontagne. Ce projet a été financé par le Programme sur les données environnementales côtières de référence de Pêches et Océans Canada dans le cadre du Plan de protection des océans. Cette initiative vise à acquérir des données environnementales de base qui contribuent à la caractérisation des zones côtières d’importance et appuient des évaluations fondées sur des preuves ainsi que les décisions de gestion afin de préserver les écosystèmes marins.

基于环境DNA（environmental DNA, eDNA）的物种表征技术，是一种可利用各类生物释放至环境中的DNA（如分泌物、粪便、配子、组织等）的研究方法。该技术可作为标准采样方法的补充工具，用于生物多样性鉴定。本数据集提供了2019年至2021年间，借助线粒体标记MiFish（12S）于弗雷德里克维尔（Forestville）与戈德布特（Godbout）之间的北海岸高地（Haute-Côte-Nord）采集的水样中检测到的鱼类及海洋哺乳动物物种名录。

采样调查分别于2019年夏季（7月14日—18日、7月30日—8月5日）、2020年秋季（10月27日—28日）以及2021年夏秋季（5月31日—6月3日、8月24日—25日）开展。本次采样共设置91个站位，采样水深介于1至50米之间，每个站位设置1至3个重复样本。采样工作依托NGCC Leim号与Clovert号科考船开展，同时兼顾近岸岸基采样。采集的2升水样经1.2μm玻璃纤维滤膜过滤。

DNA提取采用Qiagen公司的DNeasy Blood and Tissue试剂盒或PowerWater试剂盒完成。实验流程各阶段均设置了野外空白对照、提取空白对照及PCR空白对照，以排除污染干扰。文库制备分别由魁北克基因组中心（Génome Québec，2019、2020年）及莫里斯-拉蒙塔涅研究所基因组实验室（Laboratoire de Génomique de l’Institut Maurice-Lamontagne，2021年）完成，随后由魁北克基因组中心在NovaSeq 4000 PE250测序平台上完成双端测序。

测序得到的序列数据通过实验室自主开发的生物信息学分析流程进行处理。第一步使用cutadapt软件去除接头序列，并借助R语言包DADA2完成序列过滤、拼接、嵌合体去除及数据汇总，得到分子操作分类单元（Molecular operational taxonomic unit, MOTU）表。随后使用R语言包metabaR对MOTU表进行校正，以消除标签跳跃（tag-jumping）现象并剔除污染序列。对于污染MOTU占比过高的样本，将其从数据集中移除。同时对MOTU进行过滤，去除残留的接头序列，并保留长度符合预期（约170bp）的序列。

利用BLAST+软件及NCBI-nt数据库对保留的MOTU进行分类学注释，采用最佳匹配（Top hit）方法进行物种、属或科水平的分类赋值，匹配阈值设为95%。仅保留鱼类及海洋哺乳动物类群的注释结果，并将检测到的类群与区域物种名录进行比对，必要时进行校正。各重复样本的物种检测结果将进行合并。

本数据集文件包含实验相关的通用信息，具体包括采样位点、站位名称、采样日期、使用的分子标记类型、用于类群鉴定的注释方法，以及类群/物种名录。该类群名录已由莫里斯-拉蒙塔涅研究所的生物多样性专家进行审核确认。

本项目由加拿大渔业与海洋部沿海基准环境数据项目资助，隶属于《海洋保护计划》。本研究旨在获取基础环境数据，助力重要沿海区域的生态表征，为基于证据的评估及海洋生态系统保护管理决策提供支撑。