В статье, опубликованной сегодня в Scientific Reports (Nature Publishing Group), исследователи из Королевского ботанического сада Кью впервые подробно описывают возможности для науки о растениях, которые теперь доступны благодаря портативному секвенированию ДНК в реальном времени..
Ученый из Кью и соавтор статьи Джо Паркер говорит; «Это исследование доказывает, что теперь мы можем быстро считывать последовательность ДНК организма, чтобы идентифицировать его с минимальным оборудованием. Быстрое чтение ДНК в любом месте по желанию должно стать рутинным шагом во многих областях исследований. Несмотря на сотни лет таксономических исследований, до сих пор не всегда легко определить, к какому виду принадлежит растение, просто взглянув на него. Мало кто мог правильно идентифицировать все виды в своих садах».
За последние сорок лет секвенирование ДНК произвело революцию в научном мире, но по-прежнему остается лабораторным. Используя современные методы, полный эксперимент по идентификации вида, от полевых исследований до результата, может легко занять у ученого месяцы. Идентификация видов по своей природе является в значительной степени полевой областью исследований, что ограничивает скорость открытия и принятия решений, которые могут зависеть от нее. Использование новых технологий для быстрой идентификации видов на месте имеет решающее значение для научных исследований, сохранения биоразнообразия и борьбы с преступлениями против биологических видов.
В этом новом исследовании ученые Кью использовали портативный секвенатор ДНК MinION от Oxford Nanopore Technologies для анализа видов растений в национальном парке Сноудония. Это был первый случай, когда геномное секвенирование растений было выполнено в полевых условиях.
Эта технология, запущенная в коммерческую эксплуатацию в 2015 году, с тех пор используется в Антарктиде, в отдаленных регионах, пораженных болезнями, и на Международной космической станции..
Одним из успехов, проиллюстрированных в статье, является полевая идентификация двух безобидных белых цветков, Arabidopsis thaliana и Arabidopsis lyrata ssp. петреа. Это было достигнуто за счет секвенирования случайных частей геномов растений, избегая сложного и трудоемкого процесса нацеливания на определенные фрагменты ДНК, который является более традиционным подходом для идентификации видов с помощью ДНК.
Исследователи сравнили свои новые данные с общедоступной базой данных эталонных последовательностей генома, чтобы провести их идентификацию. Важно отметить, что повторение их эксперимента в лаборатории Джодрелла Кью с другими методами секвенирования ДНК позволило им разработать сложную статистику, чтобы впервые понять полезные свойства этого нового вида данных.
Александр Пападопулос, ученый из Кью и соавтор статьи, говорит; «Точная идентификация видов необходима для эволюционных и экологических исследований, борьбы с преступлениями против дикой природы и для мониторинга редких и находящихся под угрозой исчезновения видов. Правильная идентификация видов на основе того, как они выглядят, может быть очень сложной задачей и требует опыта. Это особенно верно для растений, когда они не цветут или когда они были переработаны в продукт. Наши эксперименты показывают, что путем секвенирования случайных фрагментов генома в полевых условиях можно получить очень точную идентификацию вида в течение нескольких часов после сбора образца. Для более традиционных методов требуется большое количество лабораторного оборудования, и зачастую они дают достаточно информации только для идентификации образца до уровня рода».
Есть и другие полезные свойства их данных. Эти секвенированные в полевых условиях данные можно использовать для сборки последовательности всего генома, они служат справочной базой данных для видов и помогают понять эволюционные отношения. В настоящее время команда изучает возможность быстрого создания базы данных эталонных последовательностей из невероятно разнообразной коллекции растений в живой коллекции и гербарии Кью, а также приложений для мониторинга здоровья растений.