Developing a DNA-based indicator of multitrophic diversity to assess impacts of land use on Quebec's inland waters

加拿大人管理的内陆水体比世界上任何其他国家都多，这是一种关键资源，面临着农业集约化带来的越来越大的压力。为了跟踪这些影响并评估我们内陆水域的生态完整性，监测方案依赖于作为水质指标的生物，例如底栖藻类和无脊椎动物。然而，这些生物监测活动在空间和时间范围上受到限制，主要是因为对生物进行微观计数是一个耗时的过程，需要专业的分类学知识。一种可以解决这一问题的新兴技术是环境DNA的表征(EDNA)，即生物在环境中留下的DNA痕迹。例如，在一条河流入海口采集的单个水样中的DNA痕迹可以揭示该河流分水岭中出现的数千种植物和动物。因此，通过对EDNA进行测序，人们原则上可以确定一个地点的物种组成，而不必用传统的、劳动密集型的方法来鉴定生物。此外，由于许多遗传标记最近被优化以检测各种分类群，现在通过对同一DNA样本中的多个标记进行测序来重建水生生态系统(包括微生物、无脊椎动物和鱼类)的整个食物网是可能的，这可以提供对生物多样性趋势的更丰富的了解，而不是专注于单一生物群的传统监测。我们建议为圣皮埃尔湖教科文组织生物圈保护区开发一种多标记EDNA监测方法，该保护区是圣劳伦斯河沿岸的一个大河流湖泊。我们将与魁北克政府的三个分支机构、四个流域管理组织、一个联邦跨机构基因组学项目和一个Abenaki First民族社区合作，将：1)校准一个可供该地区各种利益相关者使用的综合EDNA生物监测工具；2)评估土地利用集约化对省级生物多样性热点地区溪流和湿地的影响；以及3)提供量化“多营养”淡水生物多样性对分水岭土地利用响应的首批研究之一。*。S)。CES方案的最低限度是S的空间和时间限制，而不是组织和时间过程的微观分类。L的环境与环境问题的技术解决方案，c.L的环保潜水员组织的痕迹。例如，L‘ADN Contenu dans unéchantillon d’eau prélevéka L‘empuchure d’une rivière Pourrait révéler les Milliers de Plants et Animaux Preésents dans le BASIS in versant de cette rivière。在此之前，S对L的看法是，这是一种可能的决定因素，因为它不是传统组织的标识。加上，génétique on tétéOptimiséS对潜水生物的分类群，这是一个最可能的désormais de restrmais de restrmais de restrucre L的整体和réseau营养物的水产养殖(y compris les微生物，Les InvertébréS et les Posisons)en Séquençant opsieur marqueur marqueers provenant d‘un méchantillon d’ADN，ce qui Permitt分析加上détaillée tendance de la Biositédans milieux oppis S。我们提出了多方面的发展建议。魁北克兄弟三国的4个组织，联合国

Canadians are the stewards of more inland water bodies than any other country in the world, a key resource that faces increasing pressures from agricultural intensification. To track these impacts and to assess the ecological integrity of our inland waters, monitoring programs rely on organisms that serve as indicators of water quality, for example bottom-dwelling algae and invertebrates. These biomonitoring activities are however limited in their spatial and temporal scope, mainly because the microscopic enumeration of organisms is a time-consuming process that requires expert taxonomic knowledge. An emergent technology that could solve this problem is the characterization of environmental DNA (eDNA), namely DNA traces left by organisms in the environment. For example, traces of DNA in a single water sample collected at the mouth of a river can reveal the thousands of plants and animals that occur in that river's watershed. Thus, by sequencing eDNA, one could in principle determine the species composition of a site without having to identify organisms with traditional, labour-intensive methods. Moreover, as many genetic markers have recently been optimized to detect various taxa, it is now possible to reconstruct the entire food web of an aquatic ecosystem (including microbes, invertebrates, and fish) by sequencing multiple markers from the same DNA sample, which could provide a richer understanding of biodiversity trends than traditional monitoring focused on a single group of organisms. We propose to develop a multimarker eDNA monitoring approach for the Lac Saint-Pierre UNESCO Biosphere Reserve, a large fluvial lake along the St-Lawrence River. In partnership with three branches of Quebec's government, 4 watershed management organizations, a federal cross-agency genomics project, and an Abenaki first nation community, we will: 1) calibrate a comprehensive eDNA biomonitoring tool that can be used by various stakeholders in the region; 2) assess impacts of land use intensification on streams and wetlands in a provincial biodiversity hotspot; and 3) provide one of the first studies quantifying the response of 'multitrophic' freshwater biodiversity to watershed land use.#(cr)#(lf)Les eaux intérieures du Canada représentent une ressource unique qui fait face aux pressions croissantes de l'agriculture intensive. Pour suivre ces impacts et évaluer l'intégrité écologique de nos plans d'eau, les programmes de surveillance utilisent des organismes qui servent d'indicateurs de la qualité de l'eau (p. ex. les algues et les invertébrés). Ces programmes demeurent cependant limités dans leur étendu spatial et temporel, notamment parce que le dénombrement microscopique des organismes est un processus chronophage qui nécessite une grande expertise taxonomique. Une technologie émergente qui pourrait résoudre ce problème est la caractérisation de l'ADN environnemental (ADNe), c.-à-d. les traces d'ADN laissées dans l'environnement pas divers organismes. Par exemple, l'ADN contenu dans un échantillon d'eau prélevé à l'embouchure d'une rivière pourrait révéler les milliers de plantes et animaux présents dans le bassin versant de cette rivière. Ainsi, en séquençant l'ADNe, il serait possible de déterminer la composition en espèces d'un site sans avoir à identifier les organismes avec des méthodes traditionnelles. De plus, comme de nombreux marqueurs génétiques ont été optimisés pour détecter divers taxons, il est désormais possible de reconstruire l'ensemble du réseau trophique d'un écosystème aquatique (y compris les microbes, les invertébrés et les poissons) en séquençant plusieurs marqueurs provenant d'un même échantillon d'ADN, ce qui permet une analyse plus détaillée des tendances de la biodiversité dans les milieux anthropisés. Nous proposons de développer une approche de suivi multi-marqueurs par ADNe pour la réserve de la biosphère du Lac Saint-Pierre. En partenariat avec trois ministères québécois, 4 organismes de bassins versants, un p