Metabarcoding e metagenômica para inventário e monitoramento de alto rendimento da biodiversidade de artrópodes terrestres

O gerenciamento sustentável de sucesso dos recursos naturais globais requer conhecimento preciso sobre quais espécies ocorrem no ambiente, como essas espécies estão distribuídas e que fatores afetam sua distribuição, por exemplo, facilitando a recolonização após distúrbios naturais ou antrópicos. Por sorte, a pesquisa biológica atual progride em altíssima velocidade devido a avanços técnicos em tecnologias de sequenciamento de DNA (e.g., Ayala & Coluzzi 2005; Li et al. 2008; The Marie Curie SPECIATION Network 2012; Wray 2013). Ao invés de focar em inventários de biodiversidade de grupos taxonômicos selecionados ou espécies modelo, pesquisadores podem agora conduzir trabalhos em escala genômica para qualquer organismo de qualquer população natural, ou até inventários de espécies quase completos de habitats inteiros (e.g., Gibbons et al. 2009; Hohenlohe et al. 2010; Lawniczak et al. 2010; Neafsey et al. 2010; White et al. 2011; Reidenbach et al. 2012; Arnegard et al. 2014; Cassone et al. 2014; Andújar et al. 2015; Oulas et al. 2015; Bleidorn 2016; Geiger et al. 2016; Liu et al. 2016; Allen et al. 2017; Fonseca et al. 2017; Lewin et al. 2018). Além disso, devido ao uso de técnicas moleculares em taxonomia e iniciativas de barcoding (e.g., CBOL 2014; German Barcode of Life 2014; Artsdatabanken—Norwegian Biodiversity Information Centre; NorBOL) grande bases de dados de referência estão sendo construídas, permitindo a conexão de dados de DNA com entidades biológicas em escala global. Por outro lado, apesar dessas novas tecnologias serem bastante promissoras e vantajosas, seu uso prático ainda precisa ser demonstrado e desenvolvido. Estudos piloto sobre artrópodes terrestres já mostraram seu grande potencial em monitoramento, mas continuam sendo usados comente em certos habitats (Andújar et al. 2015; Crampton-Platt et al. 2015; Gómez-Rodríguez et al. 2015; Linard et al. 2015). Em especial, há falta de uso dessas técnicas em estudos de impactos humanos e em restauração de ambientes pós-impacto (e.g. Brannock et al. 2017). Em estudos de monitoramento é necessário o uso de métodos que garantam alto grau de repetibilidade e acurácia. Enquanto que em abordagens tradicionais esses “high standards” não possam ser atingidos em virtude dos gargalos descritos na Seção 6.2, os novos métodos têm potencial para atingi-los, mas isso ainda não foi demostrado na prática. Por isso, neste projeto esperamos desenvolver e testar o uso de metabarcoding e metagenômica para inventários e monitoramento de alto rendimento da biodiversidade de artrópodes terrestres, aplicadas às áreas ao redor da mina de Paragominas. Os primeiros estudos metagenômicos recuperaram grandes números de espécies de artrópodes, indicando o grande potencial dessa abrodagem em monitoramento da biodiversidade (Andújar et al. 2015; Crampton-Platt et al. 2015; Gómez-Rodríguez et al. 2015; Linard et al. 2015). Em análises controladas de metabarcoding de plecópteros, foi demostrado que, apesar de um viés do primer, a composição qualitativa de espécies foi recuperada com confiança em um nível próximo a 85% (Elbrecht & Leese 2015), mas não foi possível estimar a biomassa, uma vez que essa variou em quatro ordens de magnitude entre as amostras. Em suma, abordagens metagenômicas devem funcionar melhor a respeito de estimativa de biomassa quando não ocorrer viés do primer usado. Em função disso, a detecção de espécies em baixa abundância pode se tornar difícil, uma vez que estas espécies contribuem muito pouco com o DNA geral da amostra. Como o DNA é sequenciado ao acaso, a chance de sequenciar DNA de espécies raras é bem pequena. O uso de enriquecimento de alvo (target enrichment) pode ser promissor em minimizar as desvantagens dessa abordagem (Stephen et al. 2008; Lemmon et al. 2012; Mayer et al. 2016; Bossert et al. 2017). Na técnica de enriquecimento de algo (target enrichment), sondas são desenhadas para aumentar o sequenciamento de fragmentos. Ao projetar diferentes sondas, o viés do primer é consideravelmente reduzido, enquanto o número de leituras de sequenciamento ainda pode estar correlacionado com a biomassa e, portanto, permitir sua avaliação. Isso ainda não foi testado. Portanto, neste projeto queremos comparar as diferentes abordagens e testar as vantagens e desvantagens em diferentes grupos de artrópodes terrestres, bem como em diferentes habitats, incluindo naturais e em diferentes estágios de recuperação. Isso permitirá testar se os resultados dos diferentes métodos são congruentes ou não, se eles se correlacionam com a biomassa, e qual a eficácia de cada método na detecção de espécies, desde as mais abundantes até as raras. Como direcionaremos habitats restaurados de maneira diferente, também seremos capazes de medir como, e em que grau, a restauração ocorreu e quais seriam os métodos de restauração mais promissores.