Roadmap for implementing environmental DNA (eDNA) and other molecular monitoring methods in Finland – Vision and action plan for 2022–2025

Roadmap for implementing environmental DNA (eDNA) and other molecular monitoring methods in Finland – Vision and Action Plan for 2022-2025
\n
\nTechnological development in molecular methodology has been extremely fast in the past two decades, and groundbreaking new approaches have been introduced. It is now possible to detect and quantify DNA or RNA of target species or even map the whole species community in environmental samples of water, sediment, soil, air or assemblages of whole organisms. Moreover, the costs of high-throughput sequencing and other advanced molecular methods have decreased and methodological pipelines from sampling to data analysis developed sufficiently to allow large-scale, routine application of the new methods in environmental monitoring. This presents a huge opportunity to improve the coverage, accuracy and cost-efficiency of monitoring, enabling a much more complete picture of biodiversity and the state of the environment and their trends. As the new European Biodiversity Strategy for 2030 and other international policies to halt biodiversity loss and the degradation of habitats are translated into concrete measures, the quality of the monitoring data will play a crucial role in determining their success or failure.
\nIn this roadmap commissioned by the Finnish Ministry of the Environment, we assess the state-of-the-art in molecular monitoring methods in Finland within the international context, identify challenges and development areas that remain to be addressed and propose an action plan for promoting the coordinated implementation of molecular methods in national monitoring programs. Apart from the most recent scientific literature, our analysis is based on survey results, direct enquiries and interviews. Participation of the national community of experts from different sectors was enabled and invited at several stages of the roadmap preparation.
\nInternationally, molecular monitoring methods are being actively developed and are routinely implemented in monitoring across different taxa and ecosystems. In Finland, molecular monitoring methods have been tested and piloted by all major institutions responsible for environmental monitoring, and the methods are already applied routinely in the monitoring of individual game species such as the wolf and European and Canadian beaver. However, other areas such as the monitoring of biodiversity, threatened species, non-mammalian invasive species or emerging plant or animal pests remain less developed, and national efforts and expertise are scattered across different organizations. Funding and know-how are perceived as the most important factors limiting molecular monitoring method implementation.
\nWe estimate that extensive, routine implementation of a wide range of molecular monitoring methods is conceivable in Finland before 2030. As the primary development areas for reaching this goal, we identify (i) international coordination and standard development, (ii) networking across sectors, (iii) education, (iv) infrastructure, (v) reference sequence libraries and the mapping of whole genomes, and (vi) modelling and analysis tool development. For concrete actions in 2022–2025, we propose (1) a cross-governmental funding instrument, (2) a permanent working group responsible for national and international coordination, (3) a national network and (4) an online platform to enhance interaction and knowledge transfer, as well as (5) a national data management system with collectively agreed data and metadata formats and standards.
\n----------
\nKansallinen tiekartta ympäristö-DNA:n ja muiden molekyylibiologisten seurantamenetelmien käyttöönotolle – visio ja toimenpidesuunnitelma vuosille 2022-2025
\n
\nMolekyylibiologisten menetelmien teknologinen kehitys on ollut ennennäkemättömän nopeaa kahden viime vuosikymmenen aikana. Uudet menetelmät mahdollistavat kohdelajien DNA:n tai RNA:n havaitsemisen ja runsausmäärityksen tai koko eliöyhteisön kartoittamisen esimerkiksi vesi-, sedimentti-, maaperä- tai ilmanäytteistä tai kokonaisia yksilöitä sisältävistä kokoomanäytteistä. Massiivisen rinnakkaissekvensoinnin ja muiden menetelmien kustannukset ovat merkittävästi laskeneet ja menetelmäketjut näytteenotosta tulosten tulkintaan kehittyneet asteelle, joka mahdollistaa niiden laajamittaisen, rutiininomaisen käytön ympäristön seurannassa. Uusien menetelmien avulla voimme parantaa seurannan kattavuutta, tarkkuutta ja kustannustehokkuutta ja siten täydentää seurannan kautta muodostuvaa kuvaa luonnon monimuotoisuudesta ja sen muutoksista. Tälle tiedolle on suuri tarve – laadukas seuranta on keskeinen edellytys sille, että EU:n uuden biodiversiteettistrategian ja muiden luontokadon ja elinympäristöjen tilan huonontumisen pysäyttämiseen tähtäävien kansainvälisten sitoumusten toimeenpano onnistuu.
\nTässä ympäristöministeriön tilaamassa tiekartassa arvioimme molekyylibiologisten seurantamenetelmien nykytilaa Suomessa osana laajempaa kansainvälistä kenttää, tunnistamme huomiota vaativia haasteita ja kehityskohteita ja ehdotamme konkreettisia toimenpiteitä molekyylibiologisten seurantamenetelmien koordinoidun käyttöönoton edistämiseksi lähivuosien aikana. Selvityksemme perustuu uusimman tieteellisen kirjallisuuden lisäksi kyselytutkimukseen sekä suoriin tiedusteluihin ja haastatteluihin. Yhteiskunnan eri sektoreita edustava kansallinen asiantuntijayhteisö osallistui tiekartan valmisteluun työn eri vaiheissa.
\nMolekyylibiologisia seurantamenetelmiä kehitetään parhaillaan aktiivisesti ympäri maailmaa eri eliöryhmille ja ekosysteemeille, ja yksittäisiä menetelmiä on useissa maissa otettu myös rutiininomaiseen käyttöön. Suomessa menetelmiä on kehitetty ja pilotoitu kaikissa keskeisissä ympäristön seurantaa koordinoivissa laitoksissa, ja yksittäisten riistaeläinten kuten suden ja kanadan- ja euroopanmajavan seurannassa ne ovat jo rutiinikäytössä. Biodiversiteetin, uhanalaisten lajien, vieraslajien (nisäkkäitä lukuun ottamatta) ja muiden haitallisten lajien kansallisessa seurannassa molekyylibiologisten menetelmien käyttö on kuitenkin vielä kokeiluasteella, ja kehittämishankkeiden ja asiantuntijuuden kenttä on hajanainen. Riittämätöntä rahoitusta ja osaamista pidetään alan asiantuntijoiden keskuudessa tärkeimpinä menetelmien käyttöönottoa rajoittavina tekijöinä.
\nArviomme mukaan laaja kirjo molekyylibiologisia seurantamenetelmiä olisi mahdollista ottaa laajamittaiseen rutiininomaiseen käyttöön vuoteen 2030 mennessä. Tärkeimmiksi kehityskohteiksi nousivat (i) kansainvälinen koordinaatio ja menetelmien standardointi, (ii) organisaatioiden ja sektoreiden välinen verkostoituminen, (iii) koulutus, (iv) infrastruktuuri, (v) referenssisekvenssikirjastot ja kokonaisten genomien kartoittaminen sekä (vi) malli- ja analyysityökalujen kehittäminen. Konkreettisiksi toimenpiteiksi vuosille 2022-2025 esitämme (1) poikkihallinnollista rahoitusohjelmaa molekyylibiologisten seurantamenetelmien käyttöönottoa edistäville tutkimus- ja kehityshankkeille, (2) pysyvää työryhmää kansallisen ja kansainvälisen koordinaation edistämiseksi, (3) olemassa olevan kansallisen asiantuntijaverkoston laajentamista, (4) internet-pohjaista alustaa vuorovaikutuksen ja tiedonjaon tehostamiseksi sekä (5) kansallista, yhdessä sovittuja data- ja metadatastandardeja noudattavaa molekyylibiologisten seuranta-aineistojen tiedonhallintajärjestelmää.

Fetched live from OpenAlex and de-inverted. Abstracts are not stored in this database: the inverted indexes are 8.6 GB of the frame’s 9.3 GB of text, and the host has 13 GB free.