Comparative analysis of the fish assemblages in the Korean coastal waters using environmental DNA metabarcoding

Abstract

Fish diversity is one of the crucial indicators to estimate the condition of the marine ecosystem affecting various regulations and policies for their sustainable use. As an alternative method to the time-consuming traditional fish survey, we analyzed the fish assemblages of two coastal areas (Samcheok, Taean) in the Korean peninsula using environmental DNA (eDNA). A total of 148 haplotypes were analyzed using eDNA metabarcoding to determine whether it can estimate the spatiotemporal fish assemblage of the Korean coast and is reliable compared to traditional studies. The seawater samples were collected from June to December 2020 in Samcheok, Taean, and analyzed using MiFish primer. Using similarity analysis, 88 fish species were identified, and their communities were divided by sea area. Using heatmap analysis, the important fish species that distinguish fish communities were confirmed. It was confirmed that Taean's species diversity index was significantly lower than Samcheok's using the diversity index analysis. The study could identify similar or more species than traditional biodiversity monitoring methods with comparable sampling time. As a result, eDNA metabarcoding can estimate the difference between seasonal fish assemblages in different sea areas, and it is regarded as a reliable tool compared to previous studies. However, some species are not identified when compared to previous studies, and the number of surveys has a significant influence on biodiversity surveys. As a result, more research is required to identify fish in the sea area accurately.

해양 어류 생물 다양성은 해양 생태계의 지속가능한 이용을 위한 다양한 규제와 정책에 영향을 미치는 생태계 건강성을 나타내는 중요한 지표 중 하나이다. 기존 생물 다양성 조사 방법의 대안으로 환경 DNA (eDNA) 를 이용하여 한국의 두 연안 (삼척, 태안) 에서 메타바코딩으로 어류 군집을 분석하였다. eDNA 메타바코딩으로 확인된 148개의 하플로타입은 eDNA 메타바코딩이 한국 연안의 시공간적 어류 군집을 재현할 수 있는지, 그리고 기존 연구에 비해 신뢰할 수 있는지를 평가하기 위해 사용되었다. 2020년 6월부터 2020년 12월까지 삼척, 태안 두 해역에서 채수한 샘플을 MiFish primer를 사용해 분석했다. 88종이 식별되었고, 유사도 분석을 통해 어류 군집이 해역별로 구분되는 것을 확인하였다. Heatmap 분석에서 어류 군집을 구분하는 주요 어종이 확인되었으며, 다양성 지수 분석으로 태안의 생물 다양성 지수가 삼척보다 유의하게 낮다는 것이 확인되었다. 조사 횟수가 유사한 기존의 생물 다양성 모니터링 방식과 비교했을 때 이번 연구는 유사하거나 더 많은 종을 확인할 수 있었다. 따라서 eDNA 메타바코딩은 서로 다른 해역에 위치하는 계절별 어류 군집 간의 차이를 확인할 수 있고, 기존 연구와 비교해서 충분히 신뢰할 수 있는 도구로 생각된다. 하지만 기존 연구와 비교해서 확인되지 않는 종이 있고 생물 다양성 조사는 조사 횟수에 크게 영향을 받는다. 그러므로 해역의 어류상을 정확하게 파악하기 위해서는 추가 연구가 필요하다.