DNA als detective: hoe metabarcoding verborgen biodiversiteit onthult

Wie weleens een politieserie heeft gezien, weet hoe forensisch onderzoekers DNA gebruiken om daders op te sporen. Plantenonderzoekers kunnen bijna hetzelfde doen, maar dan om planten te determineren. Elke plantensoort heeft een unieke genetische code. Door een klein stukje van dat DNA te analyseren – een soort genetische barcode – kunnen onderzoekers precies bepalen welke soort aanwezig is of was.

Het bijzondere is dat daar geen complete plant voor nodig is. In een handje aarde, een watermonster of zelfs in lucht zweven al genoeg DNA-restjes rond om die barcodes te lezen. Dat maakt metabarcoding tot een revolutionaire methode om biodiversiteit te onderzoeken.

Hoe werkt metabarcoding?

Onderzoekers verzamelen monsters van bodem, water, lucht of zelf dierlijke resten zoals uitwerpselen of een braakbal. In elk monster zitten talloze DNA-sporen van planten uit de omgeving. In het laboratorium wordt dit omgevings-DNA (eDNA) geïsoleerd: een mengsel van genetisch materiaal van allerlei soorten door elkaar.

Met speciale technieken wordt een klein stukje DNA gekopieerd en uitgelezen. Dat stukje fungeert als barcode: bij elke plantensoort is het nét anders. Software vergelijkt de gevonden barcodes met grote referentiedatabases waarin staat welke barcode bij welke soort hoort. Zo wordt duidelijk welke planten in het monster aanwezig zijn.

In een enkel geval delen soorten dezelfde barcode, bijvoorbeeld wanneer ze nauw verwant zijn. Dan helpt informatie over hun verspreidingsgebied: komt een soort alleen in Noorwegen voor en een nauw verwante soort uitsluitend in Frankrijk, dan is de juiste match snel gemaakt. Daarom is het belangrijk dat soortenlijsten uit heel Europa op elkaar afgestemd worden.

Metabarcoding in de praktijk

Metabarcoding geeft een ongekend gedetailleerd beeld van de flora in een gebied. Ook soorten die je makkelijk over het hoofd ziet, zoals kiemplanten of planten die in de winter afsterven, komen ineens tevoorschijn. Dat maakt de techniek waardevol voor wetenschappers en natuurbeheerders die willen weten hoe het met de biodiversiteit gaat en hoe die zich door de tijd ontwikkelt.

Wetenschappers van Hortus botanicus Leiden, Naturalis Biodiversity Center en de Universiteit van Oslo passen dit toe in Natura 2000-gebied De Bruuk. Daar nemen zij elke twee maanden bodemmonsters. Door de afgelezen DNA-barcodes door de tijd heen te volgen, onderzoeken de wetenschappers hoe betrouwbaar metabarcoding plantensoorten kan detecteren op momenten dat veel soorten bovengronds afsterven, zoals in de winter. Juist in deze periode is het lastig om planten met het blote oog te herkennen, waardoor DNA-sporen een waardevolle, gestandaardiseerde meetmethode vormen om de biodiversiteit te volgen.

Europese samenwerking voor biodiversiteitsbescherming

Dit onderzoek maakt deel uit van het EU Biodiversa+-project MetaPlantCode, dat werkt aan het testen, verbeteren en harmoniseren van methodes voor metabarcoding van planten. Het brengt botanici en bioinformatici uit heel Europa samen om tot een gezamenlijke, betrouwbare aanpak te komen voor monitoring van plantenbiodiversiteit op basis van DNA.

Een belangrijk onderdeel is het bij elkaar brengen van Europese soortenlijsten. Deze dienen als referentiekader voor metabarcoding-analyses, zodat onderzoekers efficiënter en betrouwbaarder soorten kunnen herkennen, ook wanneer DNA-sequenties tussen soorten sterk op elkaar lijken. 

Een blik op de toekomst

Metabarcoding levert enorme hoeveelheden gegevens op. Om al die informatie te verwerken zijn geavanceerde software en slimme analyses nodig. De techniek biedt een schat aan mogelijkheden en wordt inmiddels in talloze onderzoeken gebruikt. Om deze rijkdom aan informatie optimaal te benutten, is het belangrijk dat studies goed met elkaar vergeleken kunnen worden. Dat lukt alleen wanneer de data open access beschikbaar is en voorzien van volledige achtergrondinformatie (metadata) over locatie, verzameldatum en standplaats.

eDNA-metabarcoding verandert de manier waarop we naar natuur kijken. Het maakt het onzichtbare zichtbaar en helpt ons beter begrijpen hoe ecosystemen functioneren. En dat is precies de kennis die we nodig hebben om de biodiversiteit van Europa te beschermen en te herstellen.

Tekst: Lycka Kamoen, Hortus botanicus Leiden
Beeld: Lycka Kamoen; Barbara Gravendeel