Возможность создания новых популяций жизненно важна для видов растений, стремящихся расширить свой ареал. В течение многих десятилетий биологи изучали процесс распространения семян, но генетическим исследованиям популяций растений всегда мешала сложность различения, были ли генетические различия результатом движения пыльцы (мужские гены) или самих семян (содержащих ДНК обоих родителей).
Чтобы решить эту проблему, исследователи могут секвенировать ДНК хлоропластов, зеленых структур в растительных клетках, которые осуществляют фотосинтез. Разработка нового инструмента CallHap, опубликованного в Applications in Plant Sciences, сделала более дешевым и легким секвенирование геномов хлоропластов большого числа растений и точное отслеживание распространения семян по ландшафтам.
Поскольку хлоропласты обычно наследуются только от женских растений, их генетическая изменчивость может использоваться для отслеживания распространения семян без вмешательства пыльцы. Хлоропласты развиваются медленно, поэтому исследователи используют секвенирование следующего поколения, чтобы искать тонкие различия в их геномах, чтобы определить, как могут быть связаны два растения из разных популяций. Чтобы снизить затраты 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 своих целевых видов либо из ранее опубликованных работ, либо путем секвенирования ДНК одного растения. Затем они должны секвенировать хлоропласты нескольких растений индивидуально и выровнять их с эталонным геномом, чтобы создать основную базу данных, используемую программой.
Затем CallHap можно использовать для секвенирования сотен особей одновременно, говорит Крузан: «Мы были заинтересованы в разработке этого метода для получения данных о последовательности из полных геномов хлоропластов для большого количества растений, чтобы генерировать большие размеры выборки, необходимые для надежных оценок семян. разгон ".Крузан и его команда протестировали CallHap на искусственных генетических сетях, прежде чем использовать его для исследования скорости распространения семян ромашки, калифорнийские золотые прииски (Lasthenia californica), произрастающей в южном Орегоне, США. «Мы были очень довольны обнаруженным низким уровнем ошибок», — восторженно сказал 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 популяционно-генетические исследования.CallHap уже дал некоторые интересные идеи о распределении семян.
Крузан уточняет: «В исследовании L. californica мы обнаружили сильные различия в геномах хлоропластов популяций, разделенных всего несколькими десятками метров, что указывает на удивительно короткое расстояние 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, чтобы исследовать, как их методы распространения семян могут работать в ответ на изменение климата.
Помимо получения информации о распределении 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 бесплатно доступным для загрузки с GitHub (github.com/cruzan-lab/CallHap) вместе с инструкциями по его использованию.
Это исследование финансировалось Национальным научным фондом.