Ученые секвенировали полный геном для идентификации вида растения за несколько часов

В статье, опубликованной сегодня в Scientific Reports, исследователи из Королевских ботанических садов Кью впервые подробно описывают возможности, открывающиеся для наук о растениях с появлением портативного ДНК-секвенирования в реальном времени.

Ученый из Кью и соавтор статьи Джо Паркер заявляет: "Это исследование доказывает, что теперь мы можем быстро прочитать последовательность ДНК организма, чтобы идентифицировать его с минимальным оборудованием. Быстрое считывание ДНК где угодно, по желанию, должно стать обычным шагом во многих областях исследований. Несмотря на сотни лет таксономических исследований, не всегда легко определить, к какому виду относится растение, просто взглянув на него. Немногие люди смогут правильно определить все виды в собственном саду".

За последние сорок лет секвенирование ДНК произвело революцию в научном мире, но оставалось привязанным к лаборатории. Используя текущие методы, полный эксперимент по идентификации вида, от полевых работ до результата, легко может занять у ученого месяцы. Идентификация видов по своей природе в значительной степени является полевой деятельностью, что ограничивает темпы открытий и принятия решений, которые могут от этого зависеть. Использование новых технологий для быстрой идентификации видов на месте имеет решающее значение для научных исследований, сохранения биоразнообразия и борьбы с преступлениями против видов.

В этом новом исследовании ученые из 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, коммерчески запущенная в 2015 году, с тех пор использовалась в Антарктиде, в отдаленных регионах, пораженных болезнями, и на Международной космической станции.

Одним из успехов, описанных в статье, является полевая идентификация двух невзрачных белых цветков, Arabidopsis thaliana и Arabidopsis lyrata ssp. petraea. Это было достигнуто путем секвенирования случайных частей геномов растений, что позволило избежать сложного и трудоемкого процесса нацеливания на определенные участки ДНК, который является более традиционным подходом для идентификации видов.

Исследователи сравнили свои новые данные с общедоступной базой данных референсных геномных последовательностей для идентификации. Ключевым моментом стало то, что воспроизведение их эксперимента в лаборатории Джодрелл в Кью с использованием других методов секвенирования ДНК позволило им впервые разработать сложную статистику для понимания полезных свойств этого нового типа данных.

Александр Пападопулос, ученый из Кью и соавтор статьи, говорит: "Точная идентификация видов необходима для эволюционных и экологических исследований, в борьбе с преступлениями против дикой природы и для мониторинга редких и исчезающих видов. Правильная идентификация видов на основе их внешнего вида может быть очень сложной и требует экспертных знаний. Это особенно верно для растений, когда они не цветут или когда они переработаны в продукт. Наши эксперименты показывают, что, секвенируя случайные фрагменты генома в поле, можно получить очень точную идентификацию вида в течение нескольких часов после сбора образца. Более традиционные методы требуют много лабораторного оборудования и часто предоставляли лишь достаточно информации для идентификации образца до уровня рода".

Их данные обладают и другими полезными свойствами. Эти данные, секвенированные в полевых условиях, можно использовать для сборки полной последовательности генома, создания референсной базы данных для вида и понимания эволюционных взаимосвязей. В настоящее время команда изучает возможность быстрого создания базы данных референсных последовательностей из невероятно разнообразной коллекции растений, хранящейся в живой коллекции и гербарии Кью, а также применения для мониторинга здоровья растений.