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利用叶绿体DNA追踪种子传播
日期:2018-01-09 作者:编译:王爱玲 来源:农科智库 点击:
     对植物物种来说,建立新种群的能力对于拓展自己的领地至关重要。植物一般通过种子传播来开拓新领地,但如何追踪植物足迹,对于生物学家来说一直是个难题。目前,美国的科研人员开发出一种新技术,可以同时对数百株植物进行叶绿体DNA测序,从而更好地了解植物种群的足迹。
    数十年来,生物学家一直在研究种子传播的过程,但由于难以区分基因差异是来自花粉(雄性基因)传播还是种子(雌雄DNA均有)传播,对植物种群的基因研究一直受到阻碍。叶绿体通常只通过雌株遗传,因而其遗传变异可以用来追踪种子的传播而排除花粉干扰。叶绿体的进化十分缓慢,因此研究人员可以通过新一代测序技术来寻找叶绿体基因组的细微差别,从而确定不同种群的两株植物之间的关系。为降低此类研究的成本,美国科研人员开发了新的测序工具“CallHap”,可以同时对大量植物进行基因测序。
    在使用CallHap之前,研究人员必须首先获取目标物种的参考基因组序列,要么通过查阅已发表的论文,要么通过对单个植株进行基因测序。接着要对几株植物的叶绿体进行基因测序,并校正结果以匹配参考基因组序列,从而生成研究需要的基础数据库。然后就可以使用CallHap来对数百株植物同时进行基因测序。这一方法可以为大量植株提供叶绿体基因组的基因序列数据,从而生成对种子传播稳健估计所需的大量样本。
    研究人员先将CallHap运用到人工基因网络当中,然后用它来研究美国俄勒冈州南部一种叫California goldfields(又称Lasthenia californica)的雏菊种子传播率。后又将该方法运用在其他四种植物上,结果显示,CallHap可以同时对多达200株植物的叶绿体进行基因测序,并能准确将每株植物的叶绿体基因序列单独列出,从而显著降低研究这些种群基因的成本。
    利用CallHap,科学家可以得出关于种子传播的有趣见解。研究人员在雏菊研究中发现,在间隔仅有几十米的种群间,叶绿体基因组就有很大差异,说明这种雏菊的种子传播距离惊人得短。之后又收集了种子传播方式各异的6种植物的叶绿体基因序列数据,并将运用CallHap来研究气候变化对这些植物的种子传播方式的影响。
    除种子传播研究外,CallHap还可以用于研究单株亲本遗传下来的包括线粒体在内的其他类型基因组之间的关系,也可以用于细菌与病毒的传播研究。
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