Le piante diffondono i loro semi nel paesaggio per colonizzare nuove aree, ma è difficile e costoso per i biologi rintracciare i loro movimenti. Ora, i ricercatori della Portland State University hanno sviluppato una nuova tecnica per sequenziare il DNA dei cloroplasti da centinaia di piante contemporaneamente, per saperne di più su come si muovono le popolazioni vegetali.

La capacità di stabilire nuove popolazioni è vitale per le specie vegetali che cercano di espandere il proprio areale. Per molti decenni, i biologi hanno studiato il processo di dispersione dei semi, ma gli studi genetici sulle popolazioni vegetali sono sempre stati ostacolati dalla difficoltà di distinguere se le differenze genetiche fossero il risultato del movimento del polline (geni maschili) o dei semi stessi (contenenti il ​​DNA di entrambi i genitori). Per vincere questa sfida, i ricercatori possono sequenziare il DNA dei cloroplasti, le strutture verdi nelle cellule vegetali che svolgono la fotosintesi. Lo sviluppo di un nuovo strumento, CallHap, pubblicato in Applicazioni nelle scienze vegetali , ha reso più economico e facile sequenziare i genomi dei cloroplasti di un gran numero di piante e tracciare accuratamente la dispersione dei semi attraverso i paesaggi.

Poiché i cloroplasti sono normalmente ereditati solo dalla pianta femmina, la loro variabilità genetica può essere utilizzata per tracciare la dispersione dei semi senza l'interferenza del polline. I cloroplasti si evolvono lentamente, quindi i ricercatori utilizzano il sequenziamento di nuova generazione per cercare sottili differenze nei loro genomi per determinare come potrebbero essere correlate due piante di popolazioni diverse. Per ridurre i costi di questi studi, Il professor Mitchell Cruzan e i colleghi Dr. Brendan Kohrn e Jessica Persinger hanno sviluppato CallHap, che può essere utilizzato per sequenziare contemporaneamente molte piante e successivamente separare i dati.

Per utilizzare CallHap, i ricercatori devono prima ottenere una sequenza genomica di riferimento per le loro specie bersaglio, o da lavori precedentemente pubblicati o dal sequenziamento del DNA di una singola pianta. Prossimo, dovrebbero sequenziare singolarmente i cloroplasti di alcune piante e allinearli al genoma di riferimento per creare il database di base utilizzato dal programma. CallHap può quindi essere utilizzato per sequenziare centinaia di individui contemporaneamente, dice Cruzan:"Siamo stati motivati ​​a sviluppare questo metodo per fornire dati di sequenza da interi genomi di cloroplasti per un gran numero di piante, per generare le grandi dimensioni del campione necessarie per stime robuste della dispersione dei semi".

Cruzan e il suo team hanno testato CallHap su reti genetiche artificiali prima di usarlo per studiare il tasso di dispersione dei semi di una margherita, giacimenti auriferi della California ( Lastenia californica ), crescendo nel sud dell'Oregon, STATI UNITI D'AMERICA. "Siamo rimasti piuttosto soddisfatti del basso tasso di errore che abbiamo rilevato, " entusiasta Cruzan, che da allora ha testato il programma su altre quattro specie. I loro risultati hanno suggerito che i cloroplasti di un massimo di 200 piante potrebbero essere sequenziati insieme e accuratamente separati da CallHap, riducendo significativamente i costi di questi studi genetici di popolazione.

CallHap ha già fornito alcuni spunti interessanti sulla dispersione dei semi. Cruzan elabora, "Nel L. californica studio, abbiamo trovato forti differenze nei genomi dei cloroplasti di popolazioni separate solo da poche decine di metri, suggerendo una distanza di dispersione dei semi sorprendentemente breve per questa specie." Da allora hanno raccolto dati sulla sequenza dei cloroplasti da sei diverse specie di piante che diffondono i loro semi in vari modi, e utilizzerà CallHap per studiare come i loro metodi di dispersione dei semi potrebbero comportarsi in risposta ai cambiamenti climatici.

Oltre a fornire informazioni sulla dispersione dei semi, la pipeline CallHap può essere utilizzata per stimare le relazioni di altri tipi di genomi ereditati da un singolo genitore, compresi i mitocondri, nonché per indagare sulla diffusione di batteri e virus.