通过空中陷阱捕获样本的DNA宏条形码技术来评估空气传播昆虫群落的时间动态变化

《Scientific Reports》：Assessing the temporal dynamics of airborne insect communities through DNA metabarcoding of aerial trap catches

　　

摘要

昆虫迁徙是一个关键的生态过程，对生物多样性、生态系统功能以及农业具有重大影响。然而，大多数空中传播昆虫类群的季节性动态仍知之甚少。传统的监测方法往往受到分类分辨率低和标本鉴定困难的限制。DNA宏条形码技术提供了一种强大的替代方案；然而，将其应用于直接采样的空中昆虫方面仍存在挑战。为解决这一难题，本研究采用了双标记宏条形码方法——细胞色素c氧化酶亚基I（COI）和线粒体16S rRNA——来分析韩国南部一个港口城市中空中昆虫群落的时间动态。2023年4月至10月期间，通过设置10米高的空中陷阱每月进行采样，发现了一系列多样的昆虫类群，包括小型昆虫、特有物种以及可能对农业造成危害的害虫。COI在物种鉴定方面优于16S rRNA：它能够鉴定出更广泛的昆虫目，并将超过一半的扩增子序列变异（ASVs）鉴定到物种水平，而<16S rRNA>仅能将不到20%的ASVs鉴定到物种水平，尽管其总体上鉴定出的ASVs数量更多。COI在实现空中昆虫物种水平鉴定方面的优势显而易见；同时表明<16S rRNA>可以通过捕捉额外的物种多样性来补充COI的检测结果。结合使用COI和<16S rRNA>能够显著提高分类学覆盖度，并清晰地揭示出昆虫群落组成的三个不同时间阶段：5月初至7月初、7月底至9月初以及9月底至10月底。我们的研究结果证明了宏条形码技术在高分辨率监测空中昆虫多样性和时间动态方面的实用性。此外，我们还强调了开发区域特异性的DNA参考库的重要性，以便提高物种级别的鉴定准确性并支持对迁徙昆虫种群的长期监测。