استخدام الترميز الجيني للحمض النووي في تقييم النظام الغذائي

يُعدّ استخدام الترميز الجيني للحمض النووي في تقييم النظام الغذائي طريقةً لتحليل النظام الغذائي للكائنات الحية ^{[ 1 ] [ 2 ]} ، بالإضافة إلى الكشف عن تفاعلاتها الغذائية ووصفها ^{[ 3 ] [ 4 ]} . يعتمد هذا النهج على تحديد الأنواع المستهلكة من خلال توصيف الحمض النووي الموجود في عينات النظام الغذائي ^{[ 5 ]،} مثل بقايا الطعام الفردية، والتقيؤ، وعينات الأمعاء والبراز، وجسم الكائن المضيف المتجانس، أو الكائن المستهدف في دراسة النظام الغذائي (على سبيل المثال، باستخدام جسم الحشرات بالكامل ^{[ 6 ]} ).

يعتمد أسلوب تسلسل الحمض النووي المُعتمد على نطاق النظام الغذائي للكائن المُستهدف. بالنسبة للكائنات التي تتغذى على نوع واحد أو عدد قليل من الأنواع، يُمكن استخدام تقنيات تسلسل سانجر التقليدية. أما بالنسبة للأنواع متعددة التغذية التي يصعب تحديد مكونات نظامها الغذائي، فمن الممكن تحديد جميع الأنواع المُستهلكة باستخدام منهجية التسلسل من الجيل التالي (NGS) . ^{[ 5 ]}

تختلف علامات الباركود المستخدمة في التضخيم باختلاف النظام الغذائي للكائن المستهدف. ففي حالة الحيوانات العاشبة ، تختلف مواقع الباركود الجيني القياسية اختلافًا كبيرًا باختلاف المستوى التصنيفي للنبات . ^{[ 7 ]} لذا، لتحديد أنسجة النبات على مستوى العائلة أو الجنس ، تُستخدم العلامات rbcL و trn -L-intron ، والتي تختلف عن المواقع ITS2 و matK و trnH-psbA (الفاصل الجيني غير المشفر) المستخدمة لتحديد مكونات النظام الغذائي على مستوى الجنس والنوع . ^{[ 7 ]} أما بالنسبة للحيوانات المفترسة، فإن أكثر علامات الباركود الجيني استخدامًا لتحديد النظام الغذائي هي سيتوكروم سي أوكسيداز الميتوكوندري ( COI ) وسيتوكروم ب ( cytb ). ^{[ 8 ]} وعندما يكون النظام الغذائي واسعًا ومتنوعًا، يُستخدم الباركود الجيني الفائق لتحديد معظم المكونات المستهلكة. ^{[ 9 ]}

من أهم مزايا استخدام الترميز الجيني للحمض النووي في تقييم النظام الغذائي القدرة على توفير دقة تصنيفية عالية للأنواع المستهلكة. ^{[ 10 ]} في الواقع، بالمقارنة مع التحليل المورفولوجي التقليدي، يُمكّن الترميز الجيني للحمض النووي من فصل أكثر موثوقية للتصنيفات المتقاربة، مما يقلل من التحيز الملحوظ. ^{[ 11 ] [ 12 ]} علاوة على ذلك، يُمكّن الترميز الجيني للحمض النووي من الكشف عن المواد اللينة والمهضومة جيدًا، والتي لا يمكن التعرف عليها من خلال التحديد المورفولوجي. ^{[ 13 ]} على سبيل المثال، تتغذى العنكبيات على أجسام الحشرات أو الحيوانات الصغيرة الأخرى المهضومة جزئيًا، ويكون محتوى معدتها متحللًا للغاية ولا يمكن التعرف عليه مورفولوجيًا باستخدام الطرق التقليدية مثل المجهر . ^{[ 14 ]}

عند دراسة النظام الغذائي للحيوانات العاشبة، يُمكّن تحليل الحمض النووي (Metabarcoding) من الكشف عن المواد النباتية المهضومة جيدًا، مع تحديد عدد أكبر من التصنيفات مقارنةً بالتحليل المجهري والتحليل العياني. ^{[ 15 ] [ 16 ]} على سبيل المثال، أبرز نيكولز وآخرون (2016) الدقة التصنيفية لتحليل الحمض النووي على محتويات الكرش ، حيث تم تحديد 90% من تسلسلات الحمض النووي على مستوى الجنس أو النوع، مقارنةً بـ 75% من أجزاء النباتات التي تم التعرف عليها بالفحص العياني. علاوة على ذلك، تتمثل إحدى المزايا الأخرى التي تم اختبارها تجريبيًا لتحليل الحمض النووي مقارنةً بالطرق التقليدية التي تستغرق وقتًا طويلاً، في انخفاض التكلفة. ^{[ 17 ]} أخيرًا، بفضل دقته العالية، يُمثل تحليل الحمض النووي أداةً بالغة الأهمية في إدارة الحياة البرية لتحديد عادات التغذية للأنواع المهددة بالانقراض والحيوانات التي قد تُسبب أضرارًا بيئية نتيجة التغذية. ^{[ 18 ]}

لا يُمكن باستخدام الترميز الجيني للحمض النووي استخلاص معلومات حول جنس أو عمر أنواع الفرائس، وهي معلومات بالغة الأهمية. مع ذلك، يُمكن التغلب على هذا القيد بخطوة إضافية في التحليل باستخدام تعدد أشكال الميكروساتلايت وتضخيم الكروموسوم Y. ^{[ 19 ] [ 20 ]} علاوة على ذلك ، يُوفر الحمض النووي معلومات تفصيلية عن الأحداث الأخيرة (مثلًا 24-48 ساعة)، ولكنه لا يُمكنه توفير رؤية غذائية طويلة الأمد إلا من خلال أخذ عينات مستمرة. ^{[ 21 ]} إضافةً إلى ذلك، عند استخدام بادئات عامة تُضخّم مناطق "الترميز الجيني" من نطاق واسع من أنواع الغذاء، قد يفوق عدد الحمض النووي للمضيف القابل للتضخيم عدد الحمض النووي للفريسة، مما يُعقّد عملية الكشف عن الفريسة. مع ذلك، يُمكن أن تكون إضافة بادئة حجب خاصة بالمفترس استراتيجية لمنع تضخيم الحمض النووي للمضيف . ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]} في الواقع، تسمح البادئات الحاجبة لكبح تضخيم الحمض النووي للحيوانات المفترسة بتضخيم مجموعات الفقاريات الأخرى، وتنتج مزيجًا من نواتج التضخيم التي تتكون في الغالب من الحمض النووي الغذائي. ^{[ 22 ] [ 25 ]}

على الرغم من تحسن تقييم النظام الغذائي باستخدام الترميز الجيني للحمض النووي، لا يزال الاستهلاك الثانوي (فرائس الفرائس، والطفيليات، وما إلى ذلك) يمثل عاملًا مُربكًا. في الواقع، قد تُصنَّف بعض الفرائس الثانوية ضمن الفرائس الأولية في التحليل، مما يُؤدي إلى تحيز . ومع ذلك، نظرًا لانخفاض الكتلة الحيوية الإجمالية للفرائس الثانوية وارتفاع مستوى تحللها، قد لا يُمثل الحمض النووي للفرائس الثانوية سوى جزء ضئيل من التسلسلات المُستردة مقارنةً بالفرائس الأولية. ^{[ 26 ]}

لا يُعدّ التفسير الكمّي لنتائج الترميز الجيني للحمض النووي أمرًا بسيطًا. ^{[ 12 ]} وقد بُذلت محاولات لاستخدام عدد التسلسلات المُسترجعة لتقدير وفرة أنواع الفرائس في محتويات النظام الغذائي (مثل الأمعاء والبراز). على سبيل المثال، إذا كان الذئب يأكل من الأيائل أكثر مما يأكل من الخنازير البرية، فمن المفترض أن يكون هناك المزيد من الحمض النووي للأيائل في أمعائه، وبالتالي، يتم استخلاص المزيد من تسلسلات الأيائل. على الرغم من وجود أدلة على وجود ارتباطات عامة بين عدد التسلسلات والكتلة الحيوية، إلا أن التقييمات الفعلية لهذه الطريقة لم تُكلل بالنجاح. ^{[ 5 ] [ 27 ]} يُمكن تفسير ذلك بحقيقة أن الأنسجة تحتوي في الأصل على كثافات مختلفة من الحمض النووي، ويمكن هضمها بشكل مختلف. ^{[ 28 ]}

• ترميز الحمض النووي للأسماك
• الترميز الجيني لللافقاريات المائية الكبيرة
• الترميز الجيني للحمض النووي الميكروبي
• ترميز الحمض النووي للطحالب
• ترميز الحمض النووي لحبوب اللقاح