استفاده از CallHap برای بررسی DNA کلروپلاستی

منتشر شده در دوشنبه, 19 اسفند 1398 22:19

محققان ابزار جدیدی را برای توالی‌یابی همزمان DNA کلروپلاست صدها گیاه ایجاد کرده‌اند تا اطلاعات بیشتری در مورد نحوه جابجایی جمعیت‌های گیاهی به دست آورند. این ابزار CallHap نام دارد و باعث می‌شود که توالی‌یابی ژنوم‌های کلروپلاستی تعداد زیادی از گیاهان و دنبال کردن دقیق پراکندی بذر در سرتاسر مناطق آسان‌تر و ارزان‌تر شود.

توانایی ایجاد جمعیت‌های جدید برای گونه‌های گیاهی که به دنبال گسترش دامنه پراکندگی خود هستند، حیاتی است. لذا گیاهان بذرهای خود را در سراسر مناطق پراکنده می‌کنند تا در مناطق جدیدی ساکن شوند. پراکندگی بذر نیز به جریان ژن کمک می‌کند. اما ردیابی و دنبال کردن جابجایی آنها برای زیست‌شناسان مشکل و گران است. با اینکه زیست‌شناسان طی چند دهه، فرآیند پراکندگی بذر را مورد مطالعه قرار داده‌اند، لیکن مطالعات ژنتیکی جمعیت‌های گیاهی به دلیل سخت بودن تشخیص اینکه آیا تفاوت‌های ژنتیکی نتیجه جابجایی دانه گرده (ژن‌های ماده) یا بذر (واجد DNA هر دو والد) بوده، با مشکل مواجه شده است.

در حال حاضر، پروفسور Mitchell Cruzan و همکارانش از دانشگاه Portland state فناوری جدید کم هزینه و ساده‌ای موسوم به CallHap را که در Applications در Plant Science منتشر شده است، برای توالی‌یابی همزمان DNA کلرپلاست صدها گیاه و ردیابی دقیق پراکنش بذر در سرتاسر مناطق ایجاد کرده‌اند تا اطلاعات بیشتری در مورد نحوه جابجایی جمعیت‌های گیاهی به دست آورند و سهم پراکندگی بذر در ساختارهای ژنتیکی جمعیت را ارزیابی کنند و مطالعه تاریخ جمعیت را مقدور سازند.

از آنجایی که کلروپلاست‌ها به طور معمول فقط از گیاه ماده ارث برده می‌شوند، تغییرات ژنتیکی آنها می‌تواند برای ردیابی پراکندگی بذر، بدون دخالت دانه‌های گرده، مورد استفاده قرار گیرد. کلروپلاست‌ها به آرامی تکامل پیدا می‌کنند، بنابراین محققان از توالی‌یابی نسل بعدی استفاده کردند تا تفاوت‌های ظریف در ژنوم‌های آنها را بیابند و تعیین کنند که چگونه دو گیاه از جمعیت‌های مختلف ممکن است با هم مرتبط باشند.

برای استفاده از CallHap، محققان ابتدا باید توالی ژنوم مرجع را برای گونه‌های هدف خود یا از کارهای منتشر شده قبلی یا با توالی‌یابی DNA یک گیاه منفرد، به دست آورند. سپس باید کلروپلاست‌های چند گیاه را به صورت جداگانه توالی‌یابی کنند و آنها را با ژنوم مرجع جهت ایجاد پایگاهِ دادۀ پایۀ مورد استفاده برای این برنامه، الاین (هم‌ ردیف) کنند. سپس CallHap می‌تواند جهت توالی‌یابی همزمان صدها گیاه منفرد استفاده شود.

CallHap می‌تواند علاوه بر ارائه بینش نسبت به پراکندگی بذر، جهت برآورد روابط سایر انواع ژنوم‌های به ارث رسیده از یک والد، از جمله میتوکندری، و نیز برای بررسی پراکنش باکتری‌ها و ویروس‌ها استفاده شود.

در این تحقیق Cruzan و همکارانش تفاوت‌های شدیدی در ژنوم‌های کلروپلاستی جمعیت‌هایی که فقط چند ده متر از هم جدا شده بودند، یافتند. آنها همچنین جهت بررسی چگونگی کاربرد روش‌های مختلف پراکنش بذر در پاسخ به تغییرات آب و هوایی، داده‌های حاصل از توالی کلرپلاستی شش گونه گیاهی مختلف را که بذرهای خود را به روش‌های مختلف پخش می‌کنند، جمع‌آوری کردند.

ترجمه و تلخیص: سارا هجری

به سفارش مرکز جامع اطلاع رسانی زیست فناوری کشاورزی

کارگروه کشاورزی ستاد توسعه زیست فناوری

منبع