Тысячи ядерных локусов с помощью таргетного обогащения и skim-секвенирования генома

Использование технологий секвенирования нового поколения (NGS) в филогенетических исследованиях постоянно развивается. Хотя ботаники исторически фокусировались на маркерах из хлоропластного генома, важность включения ядерных данных становится всё более очевидной. Ядерные гены позволяют не только разрешать родственные связи между близкими таксонами, но и распутывать гибридизацию, а также лучше понимать несоответствия, вызванные неполной сортировкой линий и интрогрессией.

Используя мощность NGS, которая увеличила производительность секвенирования на несколько порядков, учёные теперь могут легко секвенировать огромные объёмы ДНК или РНК из любого генома организма, что преобразует многие области биологии растений.

Международная команда учёных под руководством исследователей из Университета штата Орегон применила недавно разработанный метод для сборки филогеномного набора данных, содержащего сотни ядерных локусов и пластидные геномы (пластомы) для ваточников (Asclepias).

«Этот подход, названный Hyb-Seq, использует таргетный захват последовательностей с помощью гибридизационного обогащения и показал большие перспективы для получения крупных наборов ядерных данных, — объясняет ведущий исследователь доктор Аарон Листон. — Секвенирование ядерных генов с низкой копийностью традиционно требовало больших усилий для каждого гена. Hyb-Seq устраняет необходимость в оптимизации ПЦР и клонировании — двух трудоёмких и иногда проблематичных шагах».

Протокол свободно доступен в сентябрьском выпуске журнала Applications in Plant Sciences.

Хотя было бы идеально просто секвенировать целые геномы для каждого изучаемого организма, это пока неосуществимо для большого числа видов. Подход Hyb-Seq снижает геномную сложность организма-мишени, нацеливаясь лишь на небольшую часть всего генома. Это достигается гибридизацией ДНК- или РНК-зондов к специфическим регионам генома с последующим отбрасыванием оставшихся, нежелательных регионов.

«Дизайн зондов был выполнен биоинформатически путём сравнения нашего чернового секвенирования генома и транскриптома (экспрессируемых генов) ваточника с другим геномом в том же семействе и с генами, консервативными у астерид и покрытосеменных, — поясняет Листон. — Это позволило нам исключить дуплицированные гены, которые могут осложнять филогенетический анализ, и выбрать относительно консервативные гены, чтобы их можно было получить от дивергентных видов ваточника с помощью единого набора зондов».

Этот подход позволил Листону и коллегам секвенировать более 700 генов для 10 видов Asclepias и двух родственных родов. «Более того, — говорит Листон, — мы смогли собрать полные пластидные геномы из off-target прочтений».

«Вероятно, по мере развития технологий секвенирования в следующем десятилетии станет возможным рутинное и недорогое секвенирование полных геномов. Однако до того времени возможность секвенировать сотни генов одновременно — как это возможно с методом Hyb-Seq — представляет собой значительный и захватывающий прогресс по сравнению с предыдущими методами».