Phylogenetic microarrays and high-throughput sequencing: A new tool for biodiversity assessment in Northern Norway

Utslipp fra menneskelig aktivitet fører til endringer i en rekke økosystemer. Ofte oppdages ikke slike endringer før lenge etter omfattende tap av biodiversitet og store tiltak blir dermed nødvendig for å få på plass utbedringer, om det i det hele tatt er mulig. Utnyttelsen av tilgjengelige ressurser øker globalt og vi utvider virksomhetene våre inn i sensitive økosystemer som tidligere har vært vernet mot ressursutvinning. Å overvåke disse områdene er spesielt viktig for å avdekke, forstå og utbedre responser fra miljøet på bestemte stressfaktorer. På grunn av naturlig variasjon over kort og lang sikt, samt klimaendringer, er det vanskelig å oppdage og å forstå endringer i økosystemene forårsaket av slike stressfaktorer. En god overvåkning av økosystemer krever dermed høy oppløsning i form av antall prøver og tidsserier, noe dagens overvåkningsprogrammer ikke er godt tilpasset. Vi har benyttet en fremgangsmåte basert på metabarcoding og mikromatrise-teknologi for å undersøke prøvemateriale fra et overvåknings-program på den norske kontinentalsokkelen. Ved hjelp av universelle primere for eukaryote organismer fanger vi opp er bredt spekter av biodiversiteten i marine sedimenter. Resultatene våre indikerer at vi kan detektere effekter på biodiversiteten i sediment-prøver tatt rundt oljeplattformer med samme oppløsning som klassiske overvåkingsmetoder. I tillegg, ettersom denne fremgangsmåten fanger opp gener som er tilstede i alle eukaryote, kunne vi også karakterisere effekten på et mer fullstendig økosystem, fra mikroorganismer til makrofauna. Når denne teknologien er fullt utviklet og optimalisert vil den kunne generere en high throughput metode som er i stand til å detektere menneskelig påvirkning på marine økosystemer, spesielt kort og langtidseffekter forårsaket av olje-utvinning på marine bentiske systemer.

Anthropogenic stressors are causing changes in many ecosystems. Discovery of these changes however, are often made long after extensive loss of biodiversity and remediation becomes a tremendous undertaking, if even possible. Nevertheless, as the global ex ploitation pressure on available resourses is increasing, we extend our operations towards sensitive ecosystems that have previously been protected from resource extraction. It is therefore particularly important to monitor these new areas to detect, unde rstand and remediate environmental responses to a particular environmental stressor. Ecosystem change caused by anthropogenic stressors is difficult to establish because of short and long term natural variation as well as long term climatic change. Accura te monitoring of ecosystems therefore requires high resolution, both temporally and spatially. Current sampling programs are not well adapted to this. We propose to initiate the development of the worlds most advanced marine environmental monitoring syste m through environomics. We aim to conduct a metagenome sequencing (454 GS FLX sequencing) on current EMP stations using site specific tagged universal primers targeting several phylogenetic genes. With the same technology we will monitor biodiversity of s everal sensitive marine areas in Northern Norway which will provide a baseline reference prior to any anthropogenic impact. For future routine high frequency and spatial resolution biodiversity monitoring we will further develop and evaluate microarray te chnology, using 30 indicator species with several phylogenetic markers for each species. As this technology becomes available it will generate new knowledge of human impacts on marine ecosystems particularly the short and long-term effects that exploiting petroleum resources have on oceanic ecosystems.