Bengt Karlson

Environmental DNA (eDNA)-based detection has become an attractive method for determining biodiversity as it can provide more detailed information compared to traditional morphology-based approaches. This is especially relevant for targeting overall biodiversity or screening for the presence of harmful algal bloom (HAB) species. However, despite the availability of several general guidelines, the workflow for marine environments has yet to be standardised. This lack of standardisation complicates the comparison between samples across different monitoring programmes and projects. This project focused on the first step of the workflow – determining and standardising the minimum reliable sample volume needed to detect phytoplankton diversity under various environmental and biological conditions. A study and a workshop were conducted to test different sample volumes (1000 mL, 500 mL, 200 mL, and 20 mL), using samples collected from the Baltic and North Seas and northwestern Atlantic Ocean under various environmental conditions. Across the studied samples, 200 mL was identified as a sufficient sample volume to detect various species across the different volumes tested. This result represents an important first step towards standardising the eDNA-based approach and incorporating it into routine monitoring. Furthermore, the results of this project are expected to contribute to reducing the time and resources required for monitoring.

Växtplankton utgör grunden i den marina näringsväven och används världen överför att bestämma miljöstatus i hav och sjöar. De ingår exempelvis som en kvalitetsfaktor i EU:s vattendirektiv och havsmiljödirektiv. Det finns långa tidsserier avväxtplanktonövervakning där analyserna utförts med mikroskopi. Det sker nu ensnabb internationell utveckling av DNA-metoder för att övervaka växtplankton.Målsättningen med detta projekt var att utveckla en praktisk och robust DNA analysmetod som kan implementeras i svensk marin miljöövervakning.Vårt tillvägagångssätt var att följa med på ordinarie marina miljöövervakningsexpeditioner under ett års tid (2019–2020) och ta parallella havsvattenprov för såkallad DNA-streckkodning av växtplankton. Sammanlagt tog vi prov vid 19 övervakningsstationer som var spridda från Bottenviken i norr till Skagerrak i söder.Provtagningsfrekvensen var cirka 1 gång per månad. Praktiska metoder utarbetadesför fältprovtagning, DNA-extraktion, sekvensering, bioinformatisk analys och taxonomisk annotering. Vi har även tagit fram system för datahantering hos nationelldatavärd och gett förslag på en ny datatyp för nationellt datavärdskap för marinbiologi och oceanografi vid Svenskt Oceanografiskt Datacentrum (https://sharkweb.smhi.se/hamta-data/).En viktig del har varit att jämföra resultaten av DNA-streckkodning och mikroskopi. Resultaten visar att DNA-streckkodning ger ungefär dubbelt så högt biodiversitetsmått än mikroskopering, även om det skiljer sig åt mellan olika grupperav växtplankton. För att undersöka om DNA-streckkodning kan användas förkvantitativ analys tillsatte vi en intern standard till proverna bestående av syntetisktDNA, men eftersom resultatet varierade så behöver man arbeta vidare med detta.Den relativa fördelningen av vanliga eukaryota växtplanktongrupper visade sig harelativt bra överensstämmelse mellan DNA-streckkodning och mikroskopimåttetkolbiomassa, medan biovolym och abundans skiljde sig åt mer. DNA-streckkodningvisade sig ge detaljerade utbredningsmönster av skadliga alger, till exempel försläktet Prymnesium bland häftalgerna (Coccolithophyceae).Vi har inom projektet kunnat utvärdera ekologiska drivkrafter för växtplanktonsamhällets diversitet och artsammansättning, genom att miljöövervakningen mätermånga fysikalisk-kemiska parametrar. Både salthalt och närsalter visade sig ha storinverkan på växtplanktonsamhällets sammansättning och diversitet.Sammanfattningsvis ser vi att den framtagna DNA-streckkodningsmetodenskulle vara ett bra komplement till den etablerade växtplanktonövervakningen.