Marine biodiversity regulates ecosystem functions that are responsible for the production of goods and services for the entire biosphere and human wellbeing. Censusing species inhabit oceans is among the most fundamental questions in science. Global changes and human activities are having an increasing impact on ocean biodiversity and ecosystem functioning. Impact assessments and monitoring programmes are almost based on large and conspicuous species. Small and cryptic organisms including eukaryotic meiobenthic fauna (20-500 µm) remain overlooked due to the difficulties associated with the traditional, morphology-based identification. We here aim to implement methods for the study of meiofaunal biodiversity, combining classical morphological and molecular approaches. In order to answer to the needs of the Marine Strategy Framework Directive, an environmental status assessment tool and a variety of innovative sampling methodologies have been tested in different ecosystems. Along with new sampling approaches, molecular tools, as metabarcoding, have a great potential in innovating the analysis of marine biodiversity. Molecular protocol set up in this work allows to analyse the diversity of tiny organisms in a rapid and cost-effective way, thus increasing our ability to investigate meiofaunal biodiversity, also in the deep sea. Beyond its many advantages, the routine application of metabarcoding for monitoring requires overcoming some limitations. The incompleteness of public databases and the presence of multi-copy genes within meiofaunal species hamper the interpretation of metabarcoding data and do not allow to infer biodiversity quantitative estimates. It is thus critically important to maintain expertise in morphological identification to ensure that metabarcoding analyses can be further validated. Morphological- and molecular-based approaches provide different information, thus they should be combined to obtain better evaluations of the actual marine biodiversity.

La biodiversità marina regola il funzionamento ecosistemico, responsabile della produzione di beni e servizi importanti per la biosfera e il benessere umano. La stima della biodiversità è uno degli obiettivi fondamentali della scienza. I cambiamenti globali e le attività antropiche stanno avendo un impatto crescente sugli ecosistemi. Le valutazioni d'impatto e i programmi di monitoraggio si basano su specie di grandi dimensioni, trascurando gli organismi di piccola taglia come la meiofauna (20-500 µm), a causa delle difficoltà connesse con la tradizionale identificazione morfologica. L’obiettivo di questo lavoro è quello di implementare i metodi per lo studio della meiofauna, combinando l’approccio morfologico e molecolare. Al fine di rispondere alle esigenze della Direttiva Quadro sulla Strategia Marina sono stati testati, in diversi ecosistemi marini, uno strumento per la valutazione dello stato ambientale e varie metodologie innovative di campionamento. Gli strumenti molecolari, come il metabarcoding, insieme ai nuovi sistemi di campionamento, mostrano un grande potenziale per lo studio della biodiversità marina. Il protocollo molecolare qui messo a punto, permette di analizzare la diversità di organismi di piccola taglia in modo rapido ed economicamente efficiente, migliorando la capacità di studiare la biodiversità della meiofauna anche in ecosistemi marini profondi. Nonostante i numerosi vantaggi, l'applicazione del metabarcoding al monitoraggio richiede il superamento di alcuni limiti. L'incompletezza delle banche dati e la presenza di copie multiple di geni in individui della stessa specie ostacolano l'interpretazione dei dati e non consentono di effettuare stime quantitative di biodiversità. Per garantire che le analisi di metabarcoding possano essere ulteriormente convalidate, risulta cruciale conservare la competenza nell’identificazione morfologica. L’approccio tradizionale e quello molecolare forniscono informazioni diverse, quindi dovrebbero essere usati entrambi per ottenere stime accurate di biodiversità.

Molecular analysis of marine benthic biodiversity: methodological implementations and perspectives / Carugati, Laura. - (2017 Mar 22).

Molecular analysis of marine benthic biodiversity: methodological implementations and perspectives

CARUGATI, LAURA
2017-03-22

Abstract

Marine biodiversity regulates ecosystem functions that are responsible for the production of goods and services for the entire biosphere and human wellbeing. Censusing species inhabit oceans is among the most fundamental questions in science. Global changes and human activities are having an increasing impact on ocean biodiversity and ecosystem functioning. Impact assessments and monitoring programmes are almost based on large and conspicuous species. Small and cryptic organisms including eukaryotic meiobenthic fauna (20-500 µm) remain overlooked due to the difficulties associated with the traditional, morphology-based identification. We here aim to implement methods for the study of meiofaunal biodiversity, combining classical morphological and molecular approaches. In order to answer to the needs of the Marine Strategy Framework Directive, an environmental status assessment tool and a variety of innovative sampling methodologies have been tested in different ecosystems. Along with new sampling approaches, molecular tools, as metabarcoding, have a great potential in innovating the analysis of marine biodiversity. Molecular protocol set up in this work allows to analyse the diversity of tiny organisms in a rapid and cost-effective way, thus increasing our ability to investigate meiofaunal biodiversity, also in the deep sea. Beyond its many advantages, the routine application of metabarcoding for monitoring requires overcoming some limitations. The incompleteness of public databases and the presence of multi-copy genes within meiofaunal species hamper the interpretation of metabarcoding data and do not allow to infer biodiversity quantitative estimates. It is thus critically important to maintain expertise in morphological identification to ensure that metabarcoding analyses can be further validated. Morphological- and molecular-based approaches provide different information, thus they should be combined to obtain better evaluations of the actual marine biodiversity.
22-mar-2017
La biodiversità marina regola il funzionamento ecosistemico, responsabile della produzione di beni e servizi importanti per la biosfera e il benessere umano. La stima della biodiversità è uno degli obiettivi fondamentali della scienza. I cambiamenti globali e le attività antropiche stanno avendo un impatto crescente sugli ecosistemi. Le valutazioni d'impatto e i programmi di monitoraggio si basano su specie di grandi dimensioni, trascurando gli organismi di piccola taglia come la meiofauna (20-500 µm), a causa delle difficoltà connesse con la tradizionale identificazione morfologica. L’obiettivo di questo lavoro è quello di implementare i metodi per lo studio della meiofauna, combinando l’approccio morfologico e molecolare. Al fine di rispondere alle esigenze della Direttiva Quadro sulla Strategia Marina sono stati testati, in diversi ecosistemi marini, uno strumento per la valutazione dello stato ambientale e varie metodologie innovative di campionamento. Gli strumenti molecolari, come il metabarcoding, insieme ai nuovi sistemi di campionamento, mostrano un grande potenziale per lo studio della biodiversità marina. Il protocollo molecolare qui messo a punto, permette di analizzare la diversità di organismi di piccola taglia in modo rapido ed economicamente efficiente, migliorando la capacità di studiare la biodiversità della meiofauna anche in ecosistemi marini profondi. Nonostante i numerosi vantaggi, l'applicazione del metabarcoding al monitoraggio richiede il superamento di alcuni limiti. L'incompletezza delle banche dati e la presenza di copie multiple di geni in individui della stessa specie ostacolano l'interpretazione dei dati e non consentono di effettuare stime quantitative di biodiversità. Per garantire che le analisi di metabarcoding possano essere ulteriormente convalidate, risulta cruciale conservare la competenza nell’identificazione morfologica. L’approccio tradizionale e quello molecolare forniscono informazioni diverse, quindi dovrebbero essere usati entrambi per ottenere stime accurate di biodiversità.
Marine biodiversity; Meiofauna; Molecular analysis; High-throughput sequencing
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Descrizione: tesi_carugati
Tipologia: Tesi di dottorato
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/11566/245338
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