Evaluating the reliability of DNA Barcoding for Central American Pacific shallow water echinoderms identification: a molecular taxonomy and database accuracy analysis / Evaluando la fiabilidad del Código de Barras de ADN para la identificación de equinodermos en aguas poco profundas del Pacífico de América Central: un análisis de taxonomía molecular y precisión de bases de datos

Abstract Introduction: Molecular divergence thresholds have been proposed to distinguish recently separated evolutive units, often displaying more accurate putative species assignments in taxonomic research compared to traditional morphological approaches. This makes DNA barcoding an attractive identification tool for a variety of marine invertebrates, especially for cryptic species complexes. Although GenBank and the Barcode of Life Data System (BOLD) are the major sequence repositories worldwide, very few have tested their performance in the identification of echinoderm sequences. Objective: We use COI echinoderm sequences from local samples and the molecular identification platforms from GenBank and BOLD, in order to test their accuracy and reliability in the DNA barcoding identification for Central American shallow water echinoderms, at genus and species level. Methods: We conducted sampling, tissue extraction, COI amplification, sequencing, and taxonomic identification for 475 specimens. The 348 obtained sequences were individually enquired with BLAST in GenBank as well as using the Identification System (IDS) in BOLD. Query sequences were classified depending on the best match result. McNemar's chi-squared, Kruskal-Wallis's and Mann-Whitney's U tests were performed to prove differences between the results from both databases. Additionally, we recorded an updated list of species reported for the shallow waters of the Central American Pacific. Results: We found 324 echinoderm species reported for Central American Pacific shallow waters. Only 118 and 110 were present in GenBank and BOLD databases respectively. We proposed 325 solved morphology-based identities and 21 provisional identifications in 50 putative taxa. GenBank retrieved 348 molecular-based identifications in 58 species, including twelve provisional identifications in tree taxa. BOLD recovered 170 COI identifications in 23 species with one provisional identification. Nevertheless, 178 sequences retrieved unmatched terms (in 34 morphology-based taxa). Only 86 sequences (25 %) were retrieved as correct identifications and 128 (37 %) as identification errors in both platforms. We include 84 sequences for eleven species not represented in GenBank and 65 sequences for ten species in BOLD Echinoderm COI databases. The identification accuracy using BLAST (175 correct and 152 incorrect identifications) was greater than with IDS engine (110 correct and 218 identification errors), therefore GenBank outperforms BOLD (Kruskal-Wallis = 41.625, df = 1, p < 0.001). Conclusions: Additional echinoderm sample references are needed to improve the utility of the evaluated DNA barcoding identification tools. Identification discordances in both databases may obey specific parameters used in each search algorithm engine and the available sequences. We recommend the use of barcoding as a complementary identification source for Central American Pacific shallow water echinoderm species.

Resumen Introducción: Se han propuesto los umbrales de divergencia molecular para distinguir unidades evolutivas recientemente separadas, que a menudo muestran asignaciones de especies putativas más precisas en la investigación taxonómica en comparación con los enfoques morfológicos tradicionales. Esto hace que los Códigos de Barras de ADN sean una herramienta de identificación atractiva para una variedad de invertebrados marinos, especialmente para complejos de especies crípticas. Aunque GenBank y Barcode of Life Data System (BOLD) son los principales repositorios de secuencias en todo el mundo, muy pocos han probado su desempeño en la identificación de secuencias de equinodermos. Objetivo: Utilizamos secuencias de equinodermos COI de muestras locales y las plataformas de identificación molecular de GenBank y BOLD, para probar su precisión y confiabilidad en la implementación de códigos de barras de ADN para equinodermos de aguas someras de Centroamérica, a nivel de género y especie. Métodos: Realizamos muestreo, extracción de tejido, amplificación de COI, secuenciación e identificación taxonómica de 475 especímenes. Las 348 secuencias obtenidas fueron consultadas individualmente con BLAST en GenBank así como utilizando el Sistema de Identificación (IDS) en BOLD. Las secuencias consultadas se clasificaron según el mejor resultado de coincidencia. Se realizaron las pruebas chi-cuadrado de McNemar, Kruskal-Wallis y U de Mann-Whitney para comprobar diferencias entre los resultados de ambas bases de datos. Además, registramos una lista actualizada de especies reportadas para las aguas someras del Pacífico Centroamericano. Resultados: Encontramos 324 especies de equinodermos reportadas para aguas someras (< 200 m) del Pacífico centroamericano. Sólo 118 y 110 estaban presentes en las bases de datos GenBank y BOLD respectivamente. Propusimos 325 identidades resueltas basadas en morfología y 21 identificaciones provisionales en 50 taxones putativos. GenBank recuperó 348 identificaciones de base molecular en 58 especies, incluidas doce identificaciones provisionales en tres taxones. BOLD recuperó 170 identificaciones de COI en 23 especies con una identificación provisional. Sin embargo, 178 secuencias recuperaron términos no coincidentes (en 34 taxones basados en morfología). Sólo 86 secuencias (25 %) se recuperaron como identificaciones correctas y 128 (37 %) como errores de identificación en ambas plataformas. Incluimos 84 secuencias para once especies no representadas en GenBank y 65 secuencias para diez especies ausentes en las bases de datos BOLD Echinoderm COI. La precisión de la identificación usando BLAST (175 identificaciones correctas y 152 incorrectas) fue mayor que con el motor IDS (110 correctas y 218 errores de identificación), por lo tanto, GenBank supera a BOLD (Kruskal-Wallis = 41.625, df = 1, p < 0.001). Conclusiones: Se necesitan muestras adicionales de equinodermos de referencia para mejorar la utilidad de las herramientas de identificación de códigos de barras de ADN evaluadas. Las discordancias de identificación en ambas bases de datos pueden obedecer a parámetros específicos utilizados en cada algoritmo de búsqueda y a las secuencias disponibles. Recomendamos el uso de códigos de barras como fuente de identificación complementaria para las especies de equinodermos de aguas someras del Pacífico centroamericano.

First insights into the prokaryotic community structure of Lake Cote, Costa Rica: Influence on nutrient cycling.

Prokaryotic diversity in lakes has been studied for many years mainly focusing on community structure and how the bacterial assemblages are driven by physicochemical conditions such as temperature, oxygen, and nutrients. However, little is known about how the composition and function of the prokaryotic community changes upon lake stratification. To elucidate this, we studied Lake Cote in Costa Rica determining prokaryotic diversity and community structure in conjunction with physicochemistry along vertical gradients during stratification and mixing periods. Of the parameters measured, ammonium, oxygen, and temperature, in that order, were the main determinants driving the variability in the prokaryotic community structure of the lake. Distinct stratification of Lake Cote occurred (March 2018) and the community diversity was compared to a period of complete mixing (March 2019). The microbial community analysis indicated that stratification significantly altered the bacterial composition in the epi-meta- and hypolimnion. During stratification, the Deltaproteobacteria, Chloroflexi, Bacteroidetes, Nitrospirae, and Euryarchaeota were dominant in the hypolimnion yet largely absent in surface layers. Among these taxa, strict or facultative anaerobic bacteria were likely contributing to the lake nitrogen biogeochemical cycling, consistent with measurements of inorganic nitrogen measurements and microbial functional abundance predictions. In general, during both sampling events, a higher abundance of Alphaproteobacteria, Betaproteobacteria, Actinobacteria, and Cyanobacteria was found in the oxygenated layers. Lake Cote had a unique bacterial diversity, with 80% of Amplicon Sequence Variant (ASV) recovered similar to unclassified/uncultured strains and exhibits archetypal shallow lake physicochemical but not microbial fluctuations worthy of further investigation. This study provides an example of lake hydrodynamics impacts to microbial community and their function in Central American lakes with implications for other shallow, upland, and oligotrophic lake systems.

Ascidian diversity of Costa Rica, including new records for the North Pacific

Introduction: The class Ascidiacea has about 3 000 species, which fulfill various roles in the ecosystem, for example, they filter high amounts of particles, and are shelter and food for other animals. Furthermore, the group has a high number of invasive species reported. In Costa Rica, ascidians have been barely studied. Objective: In this study, we aim to describe the diversity of ascidians in Costa Rica from new samplings in Área de Conservación Guanacaste, North Pacific, and by compiling previous reports for the entire country in order to improve the group's state of knowledge. Methods: Samples were collected during two field trips between 2018 and 2019, at six sites within the Gulf of Santa Elena and three sites near the Murcielago Islands area. The specimens were dissected and analyzed in detail to determine the species. All the identifications were compared with the available information from literature and from museum collections. Literature, collections databases of the National Museum of Natural History, Smithsonian Institution and the new material collected were used to create an updated taxonomic list. Results: A total of eight species were obtained from 70 specimens. Of these, five are new reports for the country, which increase to 22 species the total number reported for Costa Rica. The most common species was Rhopalaea birkelandi, whose presence was higher in Santa Elena Bay. Conclusions: This study improved the knowledge of ascidian diversity in Costa Rica. Polyandrocarpa anguinea, reported for the first time, is considered invasive in other areas, which suggests the necessity of a continuous monitoring of its population. It is necessary to include more areas of the country since almost all the reported species come from the North Pacific; the diversity of ascidians from other parts of the country, especially the Caribbean, is still unknown.

Introducción: La clase Ascidiacea tiene alrededor de 3 000 especies, las cuales llevan a cabo varias funciones en el ecosistema, por ejemplo: filtrar altas cantidades de partículas y servir de refugio y alimento para otros animales. Asimismo, para el grupo se han reportado un gran número de especies invasoras. En Costa Rica las ascidias han sido poco estudiadas. Objetivo: En el presente estudio buscamos describir la diversidad de ascidias en Costa Rica a partir de nuevos muestreos en el Área de Conservación Guanacaste, Pacífico Norte y mediante la recolección de reportes previos para el país para así aumentar el conocimiento del grupo. Métodos: Las muestras fueron colectadas en dos giras entre el 2018 y 2019, en seis sitios en el Golfo de Santa Elena y tres sitios cerca de las Islas Murciélago. Los especímenes fueron disectados y analizados en detalle para su identificación. Todas las identificaciones fueron comparadas con la información encontrada en la literatura y en colecciones de museos. Literatura, bases de datos de la colección del Museo Nacional de Historia Natural de la Institución Smithsonian y el nuevo material colectado, fueron utilizados para crear un listado taxonómico actualizado. Resultados: Se obtuvo un total de ocho especies del muestreo. De estas, cinco son nuevos reportes, incrementando el total de especies reportadas en Costa Rica a 22. La especie más común fue Rhopalaea birkelandi, cuya presencia fue mayor en Bahía Santa Elena. Conclusiones: Este estudio mejoró el conocimiento sobre la diversidad de ascidias en Costa Rica. Polyandrocarpa anguinea, reportada por primera vez, es considerada una especie invasora en otras áreas, lo que sugiere la necesidad de monitorear su población de forma continua. Es necesario incluir más áreas del país en futuros estudios puesto que casi todas las especies reportadas provienen del Pacífico Norte; la diversidad de otras partes del país, especialmente el Caribe permanece desconocida.