Sporing af et plantetrin:Efter frøspredning ved hjælp af chloroplast -DNA

Planter spreder deres frø ud over landskabet for at kolonisere nye områder, men det er svært og dyrt for biologer at spore deres bevægelser. Nu, forskere ved Portland State University har udviklet en ny teknik til sekvensering af kloroplast -DNA fra hundredvis af planter på én gang, for at lære mere om, hvordan plantebestande bevæger sig.

Evnen til at etablere nye bestande er afgørende for plantearter, der ønsker at udvide deres sortiment. I mange årtier har biologer har undersøgt processen med spredning af frø, men genetiske undersøgelser af plantebestande har altid været hæmmet af vanskeligheden ved at skelne mellem, om genetiske forskelle var et resultat af bevægelsen af ​​pollen (mandlige gener) eller frøene selv (indeholdende begge forældres DNA). For at imødekomme denne udfordring, forskere kan sekvensere kloroplasters DNA, de grønne strukturer i planteceller, der udfører fotosyntese. Udvikling af et nyt værktøj, CallHap, udgivet i Ansøgninger inden for plantevidenskab , har gjort det billigere og lettere at sekvensere kloroplastgener for et stort antal planter og nøjagtigt spore frøspredning på tværs af landskaber.

Fordi kloroplaster normalt kun arves fra hunplanten, deres genetiske variabilitet kan bruges til at spore frøspredning uden forstyrrelse fra pollen. Kloroplaster udvikler sig langsomt, så forskere bruger næste generations sekventering til at lede efter subtile forskelle i deres genomer for at bestemme, hvordan to planter fra forskellige populationer kan være relateret. For at reducere omkostningerne ved disse undersøgelser, Professor Mitchell Cruzan og kollegerne Dr. Brendan Kohrn og Jessica Persinger udviklede CallHap, som kan bruges til samtidig at sekvensere mange planter og adskille dataene bagefter.

For at bruge CallHap, forskere skal først skaffe en referencegenomsekvens for deres målart, enten fra tidligere offentliggjort arbejde eller ved sekventering af DNA fra en enkelt plante. Næste, de bør sekvensere kloroplasterne fra et par planter individuelt og tilpasse dem til referencegenomet for at oprette den grundlæggende database, der bruges af programmet. CallHap kan derefter bruges til at sekvensere hundredvis af individer på én gang, siger Cruzan:"Vi var motiverede til at udvikle denne metode til at levere sekvensdata fra hele kloroplastgener til et stort antal planter, at generere de store stikprøvestørrelser, der er nødvendige for robuste skøn over frøspredning. "

Cruzan og hans team testede CallHap på kunstige genetiske netværk, før de brugte det til at undersøge frøspredningshastigheden for en tusindfryd, Californiens guldfelter ( Lasthenia californica ), vokser i det sydlige Oregon, USA. "Vi var ganske tilfredse med den lave fejlprocent, vi opdagede, "begejstret Cruzan, som siden har testet programmet på fire andre arter. Deres resultater antydede, at kloroplaster fra op til 200 planter kunne sekvenseres sammen og adskilles nøjagtigt med CallHap, reducerer omkostningerne ved disse populationsgenetiske undersøgelser betydeligt.

CallHap har allerede givet nogle interessante indsigter i frøspredning. Cruzan uddyber, "I L. californica undersøgelse, vi fandt stærke forskelle i kloroplastgener i populationer, der kun var adskilt med et par dusin meter, hvilket tyder på en overraskende kort spredningsafstand for denne art. "De har siden indsamlet kloroplast -sekvensdata fra seks forskellige plantearter, der spredte deres frø på forskellige måder, og vil bruge CallHap til at undersøge, hvordan deres frøspredningsmetoder kan fungere som reaktion på klimaændringer.

Udover at give indsigt i frøspredning, CallHap -pipelinen kan bruges til at estimere forholdet mellem andre typer genomer arvet fra en enlig forælder, herunder mitokondrier, samt at undersøge spredningen af ​​bakterier og vira.