Пчелы в Великобритании и по всей Европе находятся в значительном упадке, как и полевые цветы, от которых они зависят. Пчелы играют важную роль в наших экосистемах, и треть всей нашей пищи зависит от их опыления; только с экономической точки зрения опыление пчел ежегодно оценивается в 265 миллиардов фунтов стерлингов во всем мире.
Основные риски для пчел включают широкое использование пестицидов в сельском хозяйстве, паразитов, болезни и изменение климата, и, что особенно важно, потерю ценного биоразнообразия, что представляет дополнительную угрозу для пчел и других диких опылителей. Один из способов помочь увеличить их численность - посадить правильные полевые цветы, предоставив опылителям лучшую среду обитания для расселения, гнездования и размножения.
Однако неясно, какие виды растений являются наиболее предпочтительными среди различных опылителей, включая пчел, и как это может измениться с течением времени и в различных условиях окружающей среды. В сельском хозяйстве фермеры хотят знать, что опылители действительно посещают нужные им растения. Исторически сложилось так, что ученые использовали световую микроскопию для идентификации отдельных зерен пыльцы, собранных пчелами, что было трудоемким и непрактичным методом.
Чтобы получить более точное представление без необходимости трудоемкого ручного осмотра пыльцы, ученые разработали метод быстрого анализа под названием «Обратная метагеномика» (RevMet), который может идентифицировать растения, которые посещают отдельные пчелы, с помощью MinION, портативный ДНК-секвенатор от Oxford Nanopore Technologies.
Мобильность используемого оборудования означает, что этот тип анализа может быть выполнен на месте, где пчелы собираются и отбираются, что значительно расширяет наше понимание того, где пчелы ищут пыльцу в национальном масштабе.
Нед Пил, аспирант, проводивший исследование в группе Леггетт в EI: «Важно то, что из смешанной пробы пыльцы, а также имея возможность определить, какие виды растений посещали пчелы, мы также может измерять относительное количество каждого типа пыльцы. Этот тип анализа можно применять не только для сохранения опылителей, но и для того, чтобы помочь нам устойчиво улучшить растениеводство, зависящее от опылителей».
Ранее были разработаны дорогостоящие и неэффективные ручные методы измерения пыльцы и другие методы геномики, такие как метабаркодирование, но они не могут точно измерить, сколько каждого типа пыльцы содержится в образце.
Нед продолжает объяснять новый метод геномики дальше: «В стандартной метагеномике короткие участки ДНК из смешанных образцов сравниваются с целыми геномами, создание которых может быть дорогостоящим. В сотрудничестве со Школой биологических наук UEA, которые занимались экологической стороной исследования - собирали образцы пчел и растений - мы обнаружили, что можем проводить анализ, используя вместо этого «эталонные скиммы».
"Чтобы сделать скиммер, мы проводим действительно дешевое секвенирование, которое лишь частично покрывает полный геном растений, но этого достаточно, если сравнивать с лонгридами из MinION для идентификации растений. В нашей работе мы сгенерированы фрагменты 49 различных видов диких растений Великобритании."
Этот метод позволяет надежно различать виды в смешанном образце в соответствии с количеством ДНК, присутствующим в каждом из них. Результаты показали, что медоносные пчелы и два вида шмелей демонстрируют высокое предпочтение одного вида растений за один поход за пищей».
Обратный конвейер метагеномики может быть применен к большему количеству вопросов, чем просто то, какие растения пчелы любят опылять; мы также можем понять, конкурируют ли определенные полевые цветы с сельскохозяйственными цветами за опылителей, или поведение опылителей на больших площадях и типах земель.
Метод также можно использовать для изучения других смешанных образцов, таких как навоз травоядных, для анализа рациона; и воздух для выявления переносимой по воздуху аллергенной пыльцы и патогенов сельскохозяйственных культур.