Biologiske samlinger - en gullgruve for forskning! Mika Bendiksby 27 jan 2014

Transkript

1 Biologiske samlinger - en gullgruve for forskning! Mika Bendiksby 27 jan 2014

2 Outline Hva er biologiske samlinger? Hvorfor/hvordan nyttige for forskning? Fremtidens biologiske samlinger!

3 Trondheim Herbarium (TRH) Karplanter (255k) Moser (130k) Lav (26k) Sopp (15k) Alger (8k 541 types!) ColdGene

4 Ikke kun herbarie belegg! Andre samlinger ved TRH: - krysslistearkiv - vegetasjonsøkologiske data - vegetasjonshistorisk arkiv - artsdata fra dagbøker/notater

5 Ikke kun herbarie belegg!

6 Herbarium Den viktigste samling av floraverker: Norge: Lids flora Flora Nordica Flora Europaeae Flora Sibirica Flora of Tropical East Africa Osv!

7 Hvorfor bruke samlingene i forskningen? DNA-strekkodings referanse Samlingene kan holde det du ikke fant da du var i felt...og de du ikke visste du ville komme til å trenge! Materialet du trenger kan være truet og kanskje allerede rødlistet eller i værste fall allerede utryddet!

8 Hvorfor bruke samlingene i forskningen? Økonomisk verdi: Fjerne nødvendigheten av kostbart, tid-krevende (og noen ganger farlig) feltarbeide Fjerner sløsingen ved duplisering og overflødighet Lønnsomheten vil stige ettersom samlingene blir digitalisert og gjort tilgjengelige på nett

9

10

11 Herbarium collections The Norwegian Flora atlas (vol 4: ca funn fra herbarier/krysslister) Erica tetralix Klokkelyng Distribution Erica tetralix (Fægri 1960). Distribution based on herbarium data (Pedersen, unpubl.)

12 Herbarium collections The Norwegian Flora atlas (vol 4: ca funn fra herbarier/krysslister) Erica tetralix Klokkelyng Distribution Erica tetralix (Fægri 1960). Distribution based on herbarium data (Pedersen, unpubl.)

13 Atlas Florae Europeae Data ekstrahert fra karplantesamlinger Distribution of Neslia paniculata (Finkefrø)

14

15 Mål: Utforske potensialet til herbariums data for å modellere og predikere sopparters utbredelser Hypotese: Temperatur er den mest bestemmende abiotisk faktor for regional utbredelse av macrofungi Marasmius siccus Amanita phalloides

16 Materialer: 1020 herbariums belegg; Ni arter av macrofungi ; 75 miljø-prediktorvariabler; 5 5-km grid over hele Norge. Marasmius siccus Metode: GLM, Maxent (identifisere variabler og predikere utbredelser) Amanita phalloides

17 Konklusjoner: Temperatur er en nøkkel faktor! Kombinasjonen av herbariedata, GLM og Maxent er en fruktbar tilnærming til biogeografi Marasmius siccus Amanita phalloides

18 Blir samlinger brukt i forskningen? (From Suarez & Tsutsui 2004)

19 Forskning på forurensning 1 The Natural History Museum of Sweden: Høyere konsentrasjon av bly i fugler fra 1940 og 1950 et resultat av industrialiseringen (Berg et al. 1966) National Museum of Natural History (Smithsonian Institution) Photograph: Chip Clark

20 Forskning på forurensning 2 Data: Eggeskalltykkelse gjennom tidene fra 1880 til 1967 Avdekket sammenheng mellom chlorinated hydrokarboner i DDT og nedgangen i fuglearter (Ratcliffe 1967, Hickey and Anderson 1968). National Museum of Natural History (Smithsonian Institution). Phot: Chip Clark

21

22 Mål: Teste kvaliteten på fenologi data fra herbarier Metode: sammenlikne informasjon fra herbarier med to uavhengige fenologidataset samlet i felt. Konklusjon: Herbarier er pålitelige og representerer en tidsbesparende data ressurs for komparative fenologistudier, og tillater studier på stor fylogenetisk og geografisk skala som ellers ville være umulig.

23 Hyp: Klima påvirker blomstringstid for Cypripedium acaule Materialer: daterte fotografier og herbariebelegg Cypripedium acaule Methoder: statistikk..

24 Resultater: Blomstringstid forskjøvet med 0.42 og 0.59 dager per tiår. Cypripedium acaule Bomstring fremskyldet med igjennomsnittlig ca. 4 dager for hver 1 C økning

25 Hyp: Klima påvirker fruktifisering hos sopp Materialer: 746,297 daterte og koordinatfestede soppbelegg av 486 høst-sopparter Methoder: komplisert statistikk.

26 Hovedkonklusjon: Den gjennomsnittlige årlige fruktifiseringsdag hos høstsoppene har blitt senere i alle land

27

28

29

30 Samlings basert 280 belegg 3 plastid gener

31

32 DNA fra arkivert biologisk materiale Antall individer suksess Alder Alder Predikert forhold mellom sekvenserings-suksess og alder på materialet

33 DNA from museum collections Antall individer suksess? Alder Alder Predikert forhold mellom sekvenserings-suksess og alder på materialet

34

35

36

37 Museomics

38 Materialer og metoder: NGS metoder anvendelig for fragmentert DNA Multiplex og paired-end Illumina tilnærming Referanse basert assembly tilnærming Tørke-preserverte planter, sopp og insekts-belegg (<115 år gamle)

39 NGS og targeted DNA capture 92 mitokondrielle genomer Alder opp til 117 år Evolusjonært slektskap og divergenstider

40

41 +

42

43 Hyp1: Raskt evolusjonært potensial i oomycetpatogenet Phytophthora infestans Aim: Understand the nature of temporal genomic change in introduced P. infestans Hyp2: Introduksjon fra NW kilde 'of limited genetic diversity' Method: Shotgun sequenced five 19th century specimens

44 Distinct genotypes in historical Europe Differences in infection related genes

45 DNA from museum collections

46 2012

47 2012 Integrative taxonomy Molecular techniques Flow cytometry

48 2012 Integrative taxonomy Molecular techniques Flow cytometry Cost < benefit Duty to optimize our activities Silica-dried leaf vs DNA-bank Databases to preserve the link

49 Litteratur Berenbaum MR,Zangerl AR Chemical phenotype matching between a plant and its insect herbivore. Proceedings of the National Academy of Sciences 95: Berg W, Johnels A, Sjostrand B, Westermark T Mercury concentration in feathers of Swedish birds from the past 100 years. Oikos 17: Pedersen O What has accumulated in the public vascular plant herbaria? Blyttia 60: Suarez AV & Tsutsui, ND The value of Museum Collections for Research and Society. Bioscience 54: Pictures: If not from publications referred to, they are my own or borrowed from the internet. Thanks!