Växter sprider sina frön över landskapet för att kolonisera nya områden, men det är svårt och dyrt för biologer att spåra deras rörelser. Nu, Forskare vid Portland State University har utvecklat en ny teknik för att sekvensera kloroplast-DNA från hundratals växter samtidigt, för att lära dig mer om hur växtpopulationer rör sig.

Förmågan att etablera nya populationer är avgörande för växtarter som vill utöka sitt utbud. I många decennier, biologer har studerat processen för spridning av frön, men genetiska studier av växtpopulationer har alltid hämmats av svårigheten att skilja om genetiska skillnader berodde på förflyttning av pollen (manliga gener) eller fröna själva (som innehåller båda föräldrarnas DNA). För att möta denna utmaning, forskare kan sekvensera kloroplasters DNA, de gröna strukturerna i växtceller som utför fotosyntes. Utvecklingen av ett nytt verktyg, RingHap, publicerad i Ansökningar inom växtvetenskap , har gjort det billigare och enklare att sekvensera kloroplastgenomerna från ett stort antal växter och noggrant spåra fröspridning över landskap.

Eftersom kloroplaster normalt bara ärvs från honväxten, deras genetiska variation kan användas för att spåra fröspridning utan störningar från pollen. Kloroplaster utvecklas långsamt, så forskare använder nästa generations sekvensering för att leta efter subtila skillnader i deras genomer för att avgöra hur två växter från olika populationer kan relateras. För att minska kostnaderna för dessa studier, Professor Mitchell Cruzan och kollegorna Dr Brendan Kohrn och Jessica Persinger utvecklade CallHap, som kan användas för att samtidigt sekvensera många växter och separera data efteråt.

För att använda CallHap, forskare måste först skaffa en referensgenomsekvens för sin målart, antingen från tidigare publicerat arbete eller genom att sekvensera DNA från en enda växt. Nästa, de bör sekvensera kloroplasterna från ett fåtal växter individuellt och anpassa dem till referensgenomet för att skapa den grundläggande databasen som används av programmet. CallHap kan sedan användas för att sekvensera hundratals individer samtidigt, säger Cruzan:"Vi var motiverade att utveckla den här metoden för att tillhandahålla sekvensdata från hela kloroplastgenom för ett stort antal växter, att generera de stora provstorlekar som behövs för robusta uppskattningar av fröspridning. "

Cruzan och hans team testade CallHap på artificiella genetiska nätverk innan de använde det för att undersöka fröspridningshastigheten för en tusensköna, Kaliforniens guldfält ( Lasthenia californica ), växer i södra Oregon, USA. "Vi var ganska nöjda med den låga felprocenten vi upptäckte, "entusiasmerade Cruzan, som sedan har testat programmet på fyra andra arter. Deras resultat antydde att kloroplasterna från upp till 200 växter kunde sekvenseras tillsammans och exakt separeras av CallHap, avsevärt minska kostnaderna för dessa populationsgenetiska studier.

CallHap har redan gett några intressanta insikter om fröspridning. Cruzan utarbetar, "I L. californica studie, vi hittade starka skillnader i kloroplastgenomen hos populationer som endast separerades med några dussin meter, tyder på ett överraskande kort fröspridningsavstånd för denna art. "De har sedan samlat in kloroplastsekvensdata från sex olika växtarter som sprider sina frön på olika sätt, och kommer att använda CallHap för att undersöka hur deras fröspridningsmetoder kan fungera som svar på klimatförändringar.

Förutom att ge insikter om spridning av frön, CallHap pipeline kan användas för att uppskatta relationerna mellan andra typer av genom som ärvts från en ensamstående förälder, inklusive mitokondrier, samt att undersöka spridningen av bakterier och virus.