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s/dna-barcoding/DNA barcoding/gi

DNA barcoding of benthic invertebrates from Lake Sevan (Armenia)

Lake Sevan, the only large water reservoir within the South Caucasus, is under severe ecological pressure, and understanding the species composition of the lake and especially the rivers of its drainage basin is of central importance to inform natural resource management decisions in Armenia. Due to the limited capacity in the area for exact and fast taxonomic identification of benthic invertebrates, we started to compile a DNA barcode reference database of aquatic arthropods from the Lake Sevan drainage basin, spearheaded by Dr. Marine Dallakyan from Yerevan's Scientific Center of Zoology and Hydroecology (Armenian Academy of Sciences), whose first visit to ZFMK has been financed by DAAD. The project is closely linked to the efforts undertaken and planned within the GGBC(link is external) project. The project results are aimed at making future standardized assessment of aquatic biodiversity monitoring in Armenia and the Caucasus easier, faster, and more reliable.

DNA Barcoding bei Moosen

Export von organischem Kohlenstoff aus Islands Gletschern: Quantifizierung, Herkunft und Kohlenstoffflüsse in Gletscherbächen

Gletscher sind bedeutende Speicher organischen Kohlenstoffs (OC) und tragen zum Kohlenstofffluss vom Festland zum Meer bei. Aufgrund des Klimawandels wird eine Intensivierung dieser Flüsse erwartet. Der Export von OC aus Gletschern wurde weltweit in verschiedenen Regionen quantifiziert, trotzdem liegen keine vergleichbaren Daten für Island vor, obwohl sich dort die größte europäische außerpolare Eiskappe befindet. Um die globalen Prognosen der glazialen Kohlenstofffreisetzung zu verbessern, ist es das Ziel dieses Pilotprojektes, den Export von gelöstem und partikulärem organischen Kohlenstoff (DOC, POC) aus Islands Gletschern erstmalig zu quantifizieren und neue Kooperationen mit isländischen Wissenschaftler/innen für gemeinsame zukünftige Forschungsprojekte aufzubauen. Hierzu werden 4 Feldkampagnen zu unterschiedlichen Jahreszeiten sowie Treffen mit isländischen Kollegen/innen durchgeführt. In jeder Feldkampagne werden von 23 Gletschern der Eiskappen Vatnajökull, Langjökull, Hofsjökull, Myrdalsjökull und Snaeellsjökull Eisproben entnommen, um die biogeochemische Diversität des glazialen OC zu charakterisieren sowie dessen Export in Verbindung mit Massenbilanzen zu quantifizieren. In Gletscherbächen werden Wasserproben entnommen, um den Austrag von OC direkt am Gletschertor zu bestimmen sowie die Kohlenstoffflüsse entlang von 6 Gletscherbächen mit unterschiedlicher Länge (2 km bis 130 km) beginnend am Gletschertor bis zur Mündung zu untersuchen. Wie sich der Gletscherrückgang langfristig auf ein Gletscherbachökosystem auswirkt, wird durch die taxonomische Bestimmung von Makroinvertebraten im Vergleich zur Bestimmung von Prof. Gíslason aus dem Jahre 1997 beurteilt. Gleichzeitig werden in diesem Gletscherbach Wasserproben zum eDNA-Barcoding entnommen, um eine rasche und gering invasive Methode zur laufenden Beobachtung des zukünftigen Einflusses der Gletscherrückgang zu entwickeln. Vor Ort werden Wassertemperatur, elektr. Leitfähigkeit, pH-Wert, gelöster Sauerstoff, Trübung und Chlorophyll alpha gemessen. Innovative Labormethoden (HPLC, DNA-Barcoding, Picarro, GC, TOC) werden zur Analyse des OC im Eis und Wasser (DOC, DIC, POC, Fluoreszenz, Absorption), der Nährstoffe (P-PO4, N-NO3, N-NO2, N-NH4), stabiler Isotope (18O, 2H), Chlorophyll alpha, CO2 und aquatischen Organismen eingesetzt. Die Anwendung statistischer Methoden (Faktorenanalyse, Hauptkomponentenanalyse) basierend auf Anregungs- und Emissionsmatrizen erlauben die Quellen des OC im Gletschereis sowie -schmelzwasser zu bestimmen und die räumliche Vielfalt des OC zu erklären. Das gewonnene Wissen wird zur Verbesserung globaler Prognosen glazialer Kohlenstofffreisetzung beitragen sowie einen intensiven Einblick in das glaziale Ökosystem geben. Für die antragstellenden Nachwuchswissenschaftler/innen entstehen vielversprechende Kooperationen mit isländischen Wissenschaftlern/innen, fokussierend auf die zeitlichen sowie räuml. Aspekte der glazialen Kohlenstoffflüsse sowie das Ökosystem Gletscher

Molecular Weevil Identification (MWI)

Rüsselkäfer (Curculionoidea) sind eine der diversesten Käfer-Überfamilien, mit weltweit über 100.000 Arten und ca. 6.000 Arten in Europa. Viele Arten zeigen eine starke Wirtspflanzenbindung; adulte Tiere ernähren sich hauptsächlich von Blättern, Larven von Wurzeln. Einige spezialisieren sich auf Totholz. Aufgrund ihrer phytophagen Lebensweise sind etliche Arten wirtschaftlich relevante Boden-, Pflanzen- oder Nahrungsmittel-Schädlinge. Andere wiederum können als Bioindikatoren dienen, z.B. in Bezug auf Waldalter. Die taxonomische Stellung zahlreicher Rüsselkäfer ist immer noch ungeklärt und die Artidentifizierung etlicher Taxa kann nur durch Spezialisten durchgeführt werden. Das Molecular Weevil Identification (MWI) Projekt, in dem das Museum Koenig mit dem Curculio-Institut kooperiert, soll das Fundament legen für eine integrative, molekular-morphologische Rüsselkäfertaxonomie für Europa, und soll helfen Rüsselkäfer mittels DNA-Barcoding zu identifizieren. Für diesen Zweck werden sowohl morphologische (trocken präparierte) Rüsselkäfer- als auch DNA- und Gewebesammlungen am ZFMK aufgebaut, verknüpft mit einer DNA-Barcode-Referenzbibliothek. In Anbetracht der enormen Diversität von Rüsselkäfern in Europa bleibt diesbezüglich viel zu tun und weitere Partner, die etwas zum Projekt beisteuern möchten, sind sehr willkommen!

Plant-pollinator networks in agro-ecosystems

Pollination is crucial for maintaining angiosperm biodiversity and represents one of the most important ecosystem services. With the increasing threats of massive insect decline, studying pollination and associated networks has become more important than ever. However, studying plant-pollinator interactions at a species level with morphological methodologies is time-consuming, expensive, and depends on exceptional taxonomic expertise. In this study, we target the plant-pollinator networks of two important crops (caraway and apple) using a combination of traditional methods with DNA barcoding and metabarcoding. With this approach, we can identify potential dipteran and hymenopteran pollinators and - from their pollen load's their associated plant species. This project is a collaboration between the ZFMK and the Agroecology and Organic Farming Group (INRES) at the University of Bonn and part of GBOL II.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Artbildung und Anpassung antarktischer Asselspinnen: Bewertung des Einflusses genetischer Drift und natürlicher Selektion durch vergleichende populationsgenomische und morphologische Analysen

Die Erforschung von Artbildungs- und Anpassungsprozessen ist zentral, um zu verstehen, wie Biodiversität entsteht und auf wechselnde Umweltbedingungen reagiert.. Ein idealer Ort für solche Studien ist das Südpolarmeer: Es beherbergt eine reiche und hochgradig endemische Fauna. Neuere Studien zeigen, dass viele benthische Arten aus Gruppen von genetisch distinkten Kladen bestehen, die als früher übersehene Arten pleistozänen Ursprungs interpretiert werden. Diese kryptischen Arten können durch molekulare Methoden (z. B. DNA-Barcoding) und z.T. auch durch morphologische Analysen unterschieden werden. Es wird angenommen, dass die Artbildung per Zufall erfolgte, als ehemals große Populationen während glazialer Maxima in kleinen allopatrischen Refugien isoliert wurden, wo sie starker genetischer Drift ausgesetzt waren. Alternative Artbildungsmodelle wurden bislang wegen fehlender molekularer Methoden kaum erforscht. Studien aus anderen Ökosystemen zeigen, dass ökologische Artbildung, d.h. Aufspaltungsereignisse durch unterschiedliche Selektion, ein naheliegendes alternatives Artbildungsmodell ist. In dem hier vorgestellten Projekt sollen erstmals hochauflösende genomische Methoden zusammen mit morphologischen Analysen benutzt werden, um konkurrierende Artbildungsmodelle für das Südpolarmeer zu testen. Als Fallstudie sollen hierfür Muster genetischer Drift und Selektion in einer besonders erfolgreichen Gruppe benthischer Arten des Südpolarmeeres untersucht werden, den Asselspinnen (Pycnogonida). Aufbauend auf vorangehenden Studien sollen genomische Muster neutraler und nicht neutraler Marker bei zwei Artkomplexen untersucht werden: Colossendeis megalonyx und Pallenopsis patagonica. Diese beiden Artkomplexe von Asselspinnen sind aufgrund mehrerer Merkmale hervorragende Modelle für die Themen dieses Antrages: 1) Es existieren zahlreiche genetisch divergente kryptische Arten, 2) erste morphologische Unterschiede wurden gefunden, 3) die weite Verbreitung der Vertreter sowohl auf dem antarktischen Kontinentalschelf als auch in weniger von den Vereisungen betroffenen subantarktischen Regionen, 4) ihre geringe Mobilität. Sollte eine durch genetische Drift bedingte allopatrische Artbildung in glazialen Refugialpopulationen der Hauptantrieb der Evolution sein, ist zu erwarten, dass Zufallsfixierung neutraler Allele und Signaturen von Populations-Bottlenecks in stark vereisten Gebieten am höchsten sind. Wenn andererseits natürliche Selektion der Hauptantrieb der Artbildung war, so sind starke Signaturen von Selektion auf Geno- und Phänotyp zu erwarten. Diese sollte am stärksten bei sympatrischen Arten sein (Kontrastverstärkung). Die Variation entlang von Genomen soll untersucht werden, um das Ausmaß zufälliger bzw. nicht zufälliger Variation einzuschätzen. Das vorgeschlagene Projekt wird ein wichtiger erster Schritt einer systematischen Erforschung der relativen Bedeutung von genetischer Drift und Selektion für die Evolution im Südpolarmeer sein.

Eukaryotic microbial community at the LTER site Helgoland Roads from March 2016 to March 2019

Water samples were collected from the long-term ecological research (LTER) site at Helgoland and the eukaryotic microbial community was assessed. 18S V4 region was amplified using the primer set 528iF /964iR and amplicon sequencing was performed on an Illumina MiSeq™ sequencer in a 2 × 300 bp paired-end run. Sequence data have been deposited in the European Nucleotide Archive (ENA) at the European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI) under accession number PRJEB37135 using the data brokerage service of the German Federation for Biological Data (GFBio). 21 million sequences remained after bioinformatic processing and were clustered into Operational Taxonomic Units (OTUs). The Protist Ribosomal Reference database (PR2), version 4.11.1 was used as reference database.

DNA metabarcoding data of arthropods captured with different traps in the southwestern German agricultural landscape

The dataset contains data on arthropods which was derived from DNA metabarcoding. The DNA metabarcoding was performed for samples from coloured canopy Malaise traps, caterpillar traps, branch sampling and blue and white pan traps. The traps were selected to capture predominantly flying insects, especially butterflies and hoverflies. They were placed as a defined set in four different habitat types: 'Forest (Beech and oak)', 'Centre of a short rotation coppice', 'Margin of a short rotation coppice' and 'Maize field'. There existed three replicates of each habitat type. The coloured canopy Malaise traps were equipped with blue, yellow and white cotton cloth panels (50 x 35 cm) and hung in a wooden frame four metres above ground. The caterpillar traps consisted of a dark-green plastic tarpaulin, which was stretched between trees and tapered towards the ground. At its lowest point, insects were collected with a capture bottle, which was attached to the tarpoulin with a fine gauze. The branch sampling was conducted by tabbing 100 tree branches and shaking ten trees at each site. In the corn fields, the shaking was replaced by another interval of tabbing. The blue and white pan traps were placed next to each other on a wooden table, one metre above ground. The pans were enlarged at the top with fine gauze to prevent from overfloating in the case of rain. All insects were captured and stored in 96.6% ethanol. The traps were operated in 15-day sampling intervals, each in June, July and August 2021. For DNA metabarcoding, the samples of each sampling interval and method were compiled. The DNA metabarcoding was performed following the method of Hausmann et al (2020): 'Toward a standardized quantitative and qualitative insect monitoring scheme. Ecology and Evolution, 10, 4009–4020'. Briefly, a lysis volume of 5-10 ml of the dried and homogenized composite samples was used for DNA extraction. The mitochondrial Cytochrome c Oxidase subunit I gene (COI) was amplified for species identification (see Leray et al. (2013): 'A new versatile primer set targeting a short fragment of the mitochondrial COI region for metabarcoding metazoan diversity: application for characterizing coral reef fish gut contents. Frontiers in Zoology, 10, 34' and Morinière et al. (2016): 'Species Identification in Malaise Trap Samples by DNA Barcoding Based on NGS Technologies and a Scoring Matrix. PLOS ONE, 11, e0155497'. The resulting metabarcoding data contains the OTU sequences from the samples and their corresponding identities from the Barcode of Life database (BOLD, Ratnasingham and Hebert 2007), the database of the National Center for Biotechnology Information (NCBI) and the Ribosomal Database Project (RDP) classifier. For the two databases, the overlap between the OTU sequence and the database entry determined the determination depth (97-100%: species, 95-97%: genus; 90-95%. family, 85-90%: order, 80-85%: class, 75-80%: phylum, <75%: domain). Each taxonomic determination level of the RDP-classifier is additionally displayed with a bootstrap value. The table also provides data on the red list Germany and Bavaria for each entry. The dataset is used in: Hoffmann, L. & Stoll, S. (2025) Catch effectiveness, complementarity and costs of five sampling techniques for flying insects across different land use types. Insect Conservation and Diversity, 1–12. Available from: https://doi.org/10.1111/icad.12839

Vermeidung des Eintrages von gefährlichen Unkrautarten in Arznei- und Gewürzpflanzenbestände über das Saatgut, Phase 1: Quantifizierung im Handelssaatgut, Teilvorhaben 2: Molekulargenetische Nachweismethode

DNA-Barcoding ist eine Methode, mittels der Sequenz eines DNA-Markers die entsprechende biologische Art zu bestimmen. In dem Teilprojekt 2 des Vorhabens 'Vermeidung des Eintrages von Pyrrolizidinalkaloid-haltigen und anderen gefährlichen Unkrautarten in Arznei- und Gewürzpflanzenbestände über das Ausgangssaatgut - Phase 1: Quantifizierung der Risiko- und Problem-Fremdsamen im Handelssaatgut von Arznei- und Gewürzpflanzen' wird das DNA-Barcoding (spezifische DNA-Marker) etabliert, um im Saatgut von Arznei- und Gewürzpflanzen Kontaminationen mit gefährlichen Fremdarten zu detektieren. Die gefährlichen Fremdarten beziehen sich insbesondere auf Pflanzenarten mit einem gesundheitsgefährdenden Gehalt an Pyrrolizidinalkaloiden (vor allem für Senecio vulgaris L.) und Tropanalkaloiden, aber auch auf weitere spezifische gefährliche Fremdbestandteile.

Entwicklung genetischer Marker zur Gattungs- und Arterkennung in Holzverbundprodukten mittels Next Generation DNA-Barcoding

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