Was ist DNA-Barcoding?

Ten reasons for Barcoding (pdf, englisch)

Jeder von uns kennt die industriellen Strichcodes (Barcodes) die jedes Produkt im Handel individuell kennzeichnen. Analog zu diesen Strichcodes sind auch bestimmte kurze Genabschnitte - sogenannte DNA-Barcodes - für jede Art einzigartig. DNA-Barcoding hat sich als globaler Standard zur schnellen und zuverlässigen genetischen Artidentifizierung von Tieren, Pflanzen und Pilzen entwickelt

Anhand einer kurzen DNA-Sequenz eines speziellen Markergens, dem mitochondrialen COI-Gen können fast alle Tierarten (z.B. Vögel, Schmetterlinge, Fische, Fliegen etc.) auf der Erde identifiziert werden. Die Artidentifikation von Landpflanzen erfolgt mittels zwei verschiedener Genregionen in den Chloroplasten, matK und rbcL. Pilze können anhand der ITS-Region erkannt werden. Das Ziel von DNA Barcoding ist der Aufbau einer öffentlich zugänglichen Referenzdatenbank mit artspezifischen DNA-Barcode-Sequenzen. Mithilfe von DNA Barcoding können Individuen von besonders schwierig zu identifizierenden und artenreichen Gruppen diagnostiziert werden, z.B. spezielle Entwicklungsstadien (Spore, Ei oder Larve) und sogar Teile und Fragmente von Organismen (Fliegenbein, Wurzel, Pilzhyphe oder Haar). Diese Methode ermöglicht auch Nicht-Spezialisten die schnelle, kostengünstige und zuverlässige Artidentifikation mit vielfältigen Anwendungsgebieten.

Arbeitsschritte zur Erstellung einer DNA-Barcode Datenbank

  1. DNA-Barcode-Projekte können ihre Proben aus verschiedenen Quellen beziehen: Tier-, Pflanzen- und Pilzmaterial kann aus diversen öffentlichen und privaten Sammlungsarchiven (z.B. Naturkundemuseen, Zoos, Botanische Gärten, Saatgutbanken etc.) gewonnen werden, sofern hier die DNA noch erhalten ist. GBOL ist jedoch auch auf die Mitarbeit von hochmotivierten, erfahrenen Artenkennern angewiesen, welche Probenmaterial im Gelände sammeln, bestimmen und für die molekulare Analyse konservieren.
  2. Zu jeder Probe werden taxonomische Daten und alle Sammeldaten erfasst (z.B. Sammlungs-Ort und Datum, geographische Koordinaten, Sammelmethode, Name des Taxon-Experten, etc.).
  3. Jedes Exemplar wird fotografiert.
  4. Die Belegexemplare werden den jeweiligen Sammlungsarchiven der GBOL-Institute übergeben.
  5. Im Labor isolieren technische Mitarbeiter ein kleines Gewebestück vom Sammlungsexemplar und extrahieren daraus DNA.
  6. Der Prozess der PCR (Polymerase-Kettenreaktion) wird zur Anreicherung/Vervielfältigung der spezifischen DNA Barcode-Region eingesetzt.
  7. Das fertige PCR-Produkt wird mithilfe von Sequenzierrobotern sequenziert. Eine DNA-Barcode-Sequenz besteht aus einer Abfolge von vier Buchstaben über wenige hundert Positionen (z.B. CAATCGGTAA…), welche die vier Nukleinsäuren ( Adenin, Guanin, Thymin, und Cytosin) der DNA repräsentieren.
  8. Die Sequenz- und Metadaten (Sammeldaten, Taxonomie, Fotografien, Aufbewahrungsort und Literatur) der Proben werden von GBOL-Wissenschaftlern auf Qualität und Vollständigkeit geprüft.
  9. Jeder Artensteckbrief inklusive der DNA-Sequenz wird in die globale Referenz-Datenbank für DNA Barcodes „BOLD - Barcode of Life Data Systems Database“ eingespeist. BOLD ist eine öffentlich zugängliche Online Plattform , die neben den DNA Barcodes auch Daten zum Fundort und Sammler der Probe und relevante Informationen zur Taxonomie, Lagerungsort, Fotos und Literatur liefert. BOLD bietet dem Nutzer zudem noch multiple Anwendungsfunktionen wie Artidentifikation von Sequenzen unbekannter Individuen, Interpretation von Verwandtschaftsbeziehungen und Art-Verbreitungskarten.