Растения распространяют свои семена по ландшафту, чтобы заселить новые области, но биологам трудно и дорого отслеживать их перемещения. Теперь исследователи из Портлендского государственного университета разработали новый метод секвенирования ДНК хлоропластов сотен растений одновременно, чтобы узнать больше о том, как перемещаются популяции растений.
Способность создавать новые популяции жизненно важна для видов растений, стремящихся расширить свой ареал. На протяжении многих десятилетий биологи изучали процесс распространения семян, но генетические исследования популяций растений всегда затруднялись трудностью различения того, были ли генетические различия результатом движения пыльцы (мужские гены) или самих семян (содержащих мужские гены). ДНК обоих родителей). Чтобы решить эту задачу, исследователи могут секвенировать ДНК хлоропластов, зеленых структур в растительных клетках, которые осуществляют фотосинтез. Разработка нового инструмента CallHap, опубликованного в Applications in Plant Sciences, удешевила и упростила секвенирование хлоропластных геномов большого количества растений и точное отслеживание распространения семян по ландшафту.
Поскольку хлоропласты обычно наследуются только от женского растения, их генетическая изменчивость может использоваться для отслеживания распространения семян без вмешательства пыльцы. Хлоропласты эволюционируют медленно, поэтому исследователи используют секвенирование следующего поколения для поиска тонких различий в их геномах, чтобы определить, как могут быть связаны два растения из разных популяций. Чтобы сократить расходы на эти исследования, профессор Митчелл Крузан и его коллеги, доктор Брендан Корн и Джессика Персингер, разработали CallHap, который можно использовать для одновременного секвенирования множества растений и последующего разделения данных..
Чтобы использовать CallHap, исследователи должны сначала получить эталонную последовательность генома для своего целевого вида либо из ранее опубликованных работ, либо путем секвенирования ДНК одного растения. Затем они должны секвенировать хлоропласты нескольких растений по отдельности и сопоставить их с эталонным геномом, чтобы создать базовую базу данных, используемую программой. Затем CallHap можно использовать для секвенирования сотен особей одновременно, говорит Крузан: «Мы были заинтересованы в разработке этого метода, чтобы получить данные о последовательностях целых геномов хлоропластов для большого количества растений, чтобы создать большие размеры выборки, необходимые для надежной оценки семян. рассредоточение."
Крузан и его команда протестировали CallHap на искусственных генетических сетях, прежде чем использовать его для исследования скорости распространения семян маргаритки на золотых приисках в Калифорнии (Lasthenia californica), растущей в южном Орегоне, США. «Мы были очень довольны низким уровнем ошибок, который мы обнаружили», - с энтузиазмом говорит Крузан, который с тех пор протестировал программу на четырех других видах. Их результаты показали, что хлоропласты до 200 растений могут быть секвенированы вместе и точно разделены с помощью CallHap, что значительно снижает затраты на эти популяционные генетические исследования.
CallHap уже дал некоторые интересные сведения о распространении семян. Крузан уточняет: «В исследовании L. californica мы обнаружили сильные различия в геномах хлоропластов популяций, разделенных всего несколькими десятками метров, что свидетельствует об удивительно коротком расстоянии распространения семян для этого вида». С тех пор они собрали данные о последовательностях хлоропластов шести различных видов растений, которые распространяют свои семена различными способами, и будут использовать CallHap для изучения того, как их методы распространения семян могут работать в ответ на изменение климата..
Помимо предоставления информации о распространении семян, конвейер CallHap можно использовать для оценки взаимосвязей других типов геномов, унаследованных от одного родителя, включая митохондрии, а также для исследования распространения бактерий и вирусов.
Крузан и его команда сделали CallHap бесплатным для загрузки с GitHub (github.com/cruzan-lab/CallHap) вместе с инструкциями по его использованию.