Сухие, пропахшие нафталином стопки гербария могут показаться далекими от переднего края науки о растениях. Тем не менее хранящиеся там отобранные образцы растений содержат незаменимую генетическую, морфологическую, экологическую и химическую информацию, которую только и ждут, чтобы ее проанализировали с помощью современных методов. В новом исследовании, опубликованном в недавнем выпуске Applications in Plant Sciences, доктор Мария Кузьмина из Университета Гвельфа и ее коллеги использовали этот кладезь информации, показав, что гербарные образцы могут создавать жизнеспособные библиотеки штрих-кодов ДНК.
Библиотека штрих-кодов ДНК - это своего рода ключ молекулярной идентификации, который собирает последовательность ДНК («штрих-код») каждого вида в библиотеке, фокусируясь на нескольких хорошо изученных, легко секвенируемых участках генома. Это позволит будущим исследователям взять образец ДНК неизвестного вида, секвенировать эти области и легко определить, из какого вида был взят образец, сравнив последовательность с библиотекой.
«Эти эталоны используются для судебно-медицинской идентификации образцов с одним источником ДНК, в том числе для прямой идентификации растений при отсутствии морфологических признаков», - сказала доктор Кузьмина. Они также «пользуются большим спросом в метагеномных проектах как для практических, так и для теоретических вопросов, таких как анализ растительных добавок и продуктов питания или ДНК окружающей среды в почве и воде».
Другие исследования, в том числе исследования доктора Кузьминой, ранее показали, что гербарные образцы могут создавать библиотеки штрих-кодов ДНК. Это исследование стоит особняком по своему масштабу, предоставляя штрих-коды для 98% видов сосудистых растений в Канаде (5 076 из 5 190). Всего авторы исследовали 13 170 отдельных образцов из 27 гербариев Канады и севера США, а также 7 660 свежесобранных образцов. Масштаб выборки делает результирующую библиотеку штрих-кодов ДНК более мощной для идентификации видов, поскольку последовательности запросов с меньшей вероятностью будут соответствовать неправильным, близкородственным эталонным видам, если в библиотеке также присутствует правильный вид.
Чтобы помочь будущим исследователям в использовании ресурсов гербария, авторы также провели количественную оценку факторов, влияющих на деградацию ДНК в образцах гербария. Неудивительно, что авторы обнаружили, что такие факторы, как возраст и метод сохранения, влияли на уровень деградации ДНК. Они также обнаружили, что семейство, к которому принадлежит вид, имеет значение, потому что соединения, присутствующие в одних семействах, но не в других, могут влиять на деградацию ДНК.
«Наш анализ основан на большой выборке, которая была разобрана не только по возрасту, но и по таксономической принадлежности, и мы обнаружили, что некоторые группы растений способны сохранять ДНК действительно долгое время», - сказал Доктор Кузьмина. «Самый старый образец, из которого нам удалось восстановить штрих-коды ДНК для нашей коллекции, был собран в 1849 году. Он принадлежал манжетке (Alchemilla) из семейства розовых».
Как продемонстрировали д-р Кузьмина и ее коллеги, генетическая информация, хранящаяся в гербариях, является важным ресурсом для 21-го века. «В гербарии вы найдете образцы, тщательно собранные, идентифицированные и каталогизированные несколькими поколениями профессиональных полевых ботаников по всей стране, во все вегетативные периоды, включая отдаленные районы, и редкие находки», - говорит доктор Кузьмина.
Высококачественная проверка и идентификация каждого эталонного образца экспертами, а также прослеживаемость каждой эталонной последовательности до физического образца придают библиотеке штрих-кодов уровень таксономического авторитета, который может быть только у гербария.«Этот материал, аннотированный экспертами, представляет собой беспрецедентный источник ссылок для тех, кто занимается молекулярными исследованиями», - сказала д-р Кузьмина. «Без фундаментальных знаний о биоразнообразии передовые науки не могут работать».