একই সিকোয়েন্সিং রিড থেকে নিউক্লিয়ার ও ক্লোরোপ্লাস্ট DNA বিশ্লেষণ
Ms. Eranga Pawani Witharana প্রথম লেখক হিসাবে, আমাদের গবেষণাগারে কেন্দ্রীভূত একটি গবেষণা গোষ্ঠী ক্লোরোপ্লাস্ট জিনোম বিশ্লেষণের জন্য ব্যবহৃত একই সিকোয়েন্সিং রিড থেকে পারমাণবিক ফাইলোজেনেটিক তথ্য দক্ষতার সাথে পুনরুদ্ধারের জন্য একটি পদ্ধতি প্রদর্শন করেছে, উভয়ই সমন্বিত ডেটা উত্সের একটি সমন্বিত তুলনা সক্ষম করে৷
মূল গবেষণা নিবন্ধের তথ্য
শিরোনাম: Subfamily evolution analysis using nuclear and chloroplast data from the same reads
লেখকবৃন্দ: Eranga Pawani Witharana, Takaya Iwasaki, Myat Htoo San, Nadeeka U. Jayawardana, Nobuhiro Kotoda, Masashi Yamamoto & Yukio Nagano
সাময়িকী: Scientific Reports
প্রকাশিত: ৩ জানুয়ারি ২০২৫ (গৃহীত ১৩ ডিসেম্বর ২০২৪)
DOI: 10.1038/s41598-024-83292-9
সাময়িকীর সূচক: 2025 Journal Impact Factor: 4.9; 2025 5-year Journal Impact Factor: 4.8; 2025 SNIP: 1.339; 2025 SJR: 0.893; বিশ্বের দ্বিতীয় সর্বাধিক উদ্ধৃত জার্নাল (জুলাই ২০২৬ পর্যন্ত প্রকাশকের তালিকাভুক্ত সর্বশেষ সূচক)
নিবন্ধের ধরন: ওপেন অ্যাক্সেস (Open Access)
ক্লোরোপ্লাস্ট (cp) জিনোমগুলি উদ্ভিদ ফিলোজেনেটিক্সে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয় কারণ সেগুলি তুলনামূলকভাবে ছোট এবং ট্র্যাক্টেবল। অনেক এনজিওস্পার্মে, তবে, cpDNA এককভাবে উত্তরাধিকারসূত্রে প্রাপ্ত হয়-প্রায়শই মাতৃত্বে-এবং তাই দ্বিপ্যারেন্টলি উত্তরাধিকার সূত্রে প্রাপ্ত নিউক্লিয়ার DNA থেকে একটি ভিন্ন ফাইলোজেনেটিক সংকেত বহন করতে পারে। একা ক্লোরোপ্লাস্ট ডেটা ফলস্বরূপ কিছু বিবর্তনীয় সম্পর্ক সমাধানের জন্য অপর্যাপ্ত হতে পারে।
আরও বিস্তৃত ফাইলোজেনেটিক তথ্য পেতে, পারমাণবিক DNA তথ্য, যা পিতামাতা উভয়ের কাছ থেকে উত্তরাধিকারসূত্রে পাওয়া যায়, এটিও গুরুত্বপূর্ণ। পারমাণবিক DNA cpDNA এর চেয়ে আরও সামগ্রিক জেনেটিক দৃষ্টিকোণ সরবরাহ করে। যাইহোক, সম্পূর্ণ পারমাণবিক DNA তথ্য অর্জন পূর্বে উচ্চ খরচের সাথে যুক্ত ছিল। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, পারমাণবিক DNA ডেটা প্রাপ্তির জন্য অত্যন্ত ব্যয়-কার্যকর পদ্ধতিগুলি আবির্ভূত হয়েছে (যেমন, লক্ষ্য ক্যাপচার, RNA সিকোয়েন্সিং), তবে সাধারণত ক্লোরোপ্লাস্ট এবং পারমাণবিক DNA ডেটা আলাদাভাবে প্রস্তুত করা প্রয়োজন।
এই সমীক্ষায়, এই চ্যালেঞ্জ মোকাবেলা করার জন্য, আমরা একটি নতুন পদ্ধতির বিকাশ এবং বৈধতার উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করেছি যা ক্লোরোপ্লাস্ট জিনোম বিশ্লেষণের জন্য ব্যবহৃত "ঠিক একই" কাঁচা (অপ্রক্রিয়াজাত) রিড সিকোয়েন্স ডেটা থেকে পারমাণবিক DNA ফাইলোজেনেটিক তথ্য প্রাপ্ত করে।
আমরা Read2Tree। Read2Tree সংরক্ষিত পারমাণবিক সরাসরি এবং দক্ষ নিষ্কাশন সক্ষম করে কাঁচা রিড সিকোয়েন্স ডেটা থেকে জিন সিকোয়েন্স।
গবেষণাপত্রটি প্রকাশের পর workflow পুনরুৎপাদন ও আরও প্রয়োগ সহজ করতে আমরা analysis pipeline-টি GitHub repository “Eranga-Witharana/rt2-phylogenomics”–এ প্রকাশ করেছি।
Read2Tree
- খরচ-কার্যকর: ক্লোরোপ্লাস্ট বিশ্লেষণের মতো একই কাঁচা ডেটা ব্যবহার করা ডেটা অধিগ্রহণের খরচ কমিয়ে দেয়।
- ব্যাপক পারমাণবিক তথ্য পুনরুদ্ধার: একটি রেফারেন্স জিনোম-নির্দেশিত পদ্ধতি বিপুল সংখ্যক সংরক্ষিত পারমাণবিক জিন নিষ্কাশনের অনুমতি দেয়।
- স্ট্রীমলাইনড অ্যানালাইসিস: জিন আইডেন্টিফিকেশন থেকে অ্যালাইনমেন্ট জেনারেশনের মাধ্যমে ফাইলোজেনেটিক ট্রি কনস্ট্রাকশন পর্যন্ত একটি ইন্টিগ্রেটেড পাইপলাইন হিসেবে কাজ করে।
- কোন কাস্টম প্রস্তুতির প্রয়োজন নেই: বিদ্যমান রেফারেন্স ডেটাসেট ব্যবহার করে, প্রজাতি-নির্দিষ্ট প্রোব সেট বা ডাটাবেস ডিজাইন এবং যাচাই করার প্রয়োজনীয়তা দূর করে।
- ডিসকর্ডেন্স বিশ্লেষণের জন্য দরকারী: পৃথক জিন সারিবদ্ধ ডেটা আউটপুট করে, যা ফাইলোজেনেটিক ডিসকর্ডেন্সের (যেমন জিন গাছ এবং প্রজাতির গাছের মধ্যে অমিল) তদন্ত করতে ব্যবহার করা যেতে পারে।
পদ্ধতির বৈধতা: Aurantioideae উদ্ভিদ ব্যবহার করে একটি উদাহরণ
এই নতুন পদ্ধতির কার্যকারিতা এবং উপযোগিতা যাচাই করার জন্য (Read2Tree ব্যবহার করে নিউক্লিয়ার DNA ফাইলোজেনেটিক বিশ্লেষণ), আমরা উদ্ভিদ গ্রুপ Aurantioideae কে লক্ষ্য করেছি। Aurantioideae, যার মধ্যে সাইট্রাস এবং এর নিকটাত্মীয় রয়েছে, জটিল ফাইলোজেনেটিক সম্পর্ক সহ একটি গুরুত্বপূর্ণ গোষ্ঠী।
Read2Tree ব্যবহার করে, গবেষণায় 39 টি Aurantioideae প্রজাতির জন্য সংরক্ষিত পারমাণবিক জিন ক্রম উদ্ধার করা হয়েছে এবং একই কাঁচা রিড থেকে তৈরি ক্লোরোপ্লাস্ট জিনোম গাছের সাথে ফলস্বরূপ পারমাণবিক ফাইলোজেনের তুলনা করা হয়েছে।
- বিদ্যমান পারমাণবিক DNA পদ্ধতির সাথে তুলনা: পারমাণবিক DNA ফাইলোজেনেটিক Read2Tree দ্বারা প্রাপ্ত গাছটিকে RAD-Seq, আগের গবেষণায় ব্যবহৃত আরেকটি পারমাণবিক DNA পদ্ধতি। এই তুলনা Read2Tree এর নির্ভরযোগ্যতা মূল্যায়ন করেছে।
- ক্লোরোপ্লাস্ট ফাইলোজেনেটিক বিশ্লেষণের সাথে ইন্টিগ্রেশন: ক্লোরোপ্লাস্ট জিনোমের ফাইলোজেনেটিক গাছগুলি একই কাঁচা ডেটা থেকে তৈরি করা হয়েছিল এবং Read2Tree দ্বারা উত্পাদিত পারমাণবিক DNA গাছের সাথে তুলনা করা হয়েছিল। এই পদ্ধতিটি সাইটোনিউক্লিয়ার ডিসকর্ডেন্স, ক্লোরোপ্লাস্ট এবং নিউক্লিয়ার ফাইলোজেনের মধ্যে অমিল তদন্ত করেছে।
- মতবিরোধের কারণগুলির বিশ্লেষণ: পৃথক জিন প্রান্তিককরণ ডেটা আউটপুট ব্যবহার করে Read2Tree দ্বারা এবং এটিকে অন্যান্য পদ্ধতির সাথে একত্রিত করে (D-পরিসংখ্যান, DFOIL, QuIBL, ইত্যাদি), আমরা বিশ্লেষণ করেছি যে ফিলোজেনেটিক ডিসকর্ডেন্স পর্যবেক্ষণ করা হয়েছে কিনা জটিল বিবর্তনীয় প্রক্রিয়া যেমন অসম্পূর্ণ বংশ বাছাই (ILS), ইন্ট্রোগ্রেশন, বা প্রাচীন ইন্ট্রোগ্রেশন।
ফলাফল (পদ্ধতি কার্যকারিতা)
এই গবেষণার ফলাফলগুলি Read2Tree ব্যবহার করে পদ্ধতির কার্যকারিতা প্রদর্শন করে নিম্নলিখিত বিষয়গুলি প্রকাশ করেছে:
- পারমাণবিক ফাইলোজেনের তুলনা: Read2Tree পারমাণবিক ফাইলোজেনগুলি মূলত পূর্ববর্তী RAD-Seq গবেষণা দ্বারা রিপোর্ট করা সম্পর্কের সাথে সঙ্গতিপূর্ণ ছিল। কিছু ট্যাক্সন বসানো অনিশ্চিত রয়ে গেছে, তাই বিশ্লেষণটি প্রতিটি শাখাকে সুনির্দিষ্টভাবে সমাধান হিসাবে পড়া উচিত নয়।
- ডেটার দক্ষ পুনঃব্যবহার: একই সংক্ষিপ্ত-পঠিত ডেটাসেট ক্লোরোপ্লাস্ট জিনোম বিশ্লেষণ এবং পারমাণবিক ফাইলোজেনেটিক অনুমান উভয়কেই সমর্থন করে, যা পৃথক সিকোয়েন্সিং ডেটাসেট প্রস্তুত করার চেয়ে পদ্ধতিটিকে আরও ব্যয়-দক্ষ করে তোলে। এটি একটি তথ্য-অধিগ্রহণ সুবিধা ছিল, একটি আনুষ্ঠানিক অর্থনৈতিক মূল্যায়ন নয়।
- ফাইলোজেনেটিক ডিসকর্ডেন্সের বিশ্লেষণ: একাধিক বিশ্লেষণ প্রস্তাব করেছে যে অসম্পূর্ণ বংশ বাছাই (ILS) বেশিরভাগ পর্যবেক্ষণ করা বিরোধকে ব্যাখ্যা করে, যেখানে অন্তর্মুখীতা এবং প্রাচীন অন্তর্মুখীতাও বিশেষ ক্লেডের মধ্যে অবদান রাখতে পারে।
উপসংহার
গবেষণায় দেখা গেছে যে Read2Tree ক্লোরোপ্লাস্ট জিনোম বিশ্লেষণে ব্যবহৃত একই raw reads থেকে সংরক্ষিত নিউক্লিয়ার জিন পুনরুদ্ধার করতে পারে। এর ফলে নিউক্লিয়ার ও ক্লোরোপ্লাস্ট phylogeny তুলনা করা এবং incomplete lineage sorting (ILS) ও introgression-এর অবদান পরীক্ষা করা সম্ভব হয়। কিছু taxon-এর অবস্থান অনিশ্চিত ছিল এবং গবেষণাটি প্রতিটি শাখা চূড়ান্তভাবে নির্ধারণ করেনি।
এই পদ্ধতিতে ভবিষ্যতের উদ্ভিদ ফিলোজেনেটিক গবেষণায় বিবর্তনীয় ইতিহাসের আরও বিস্তারিত এবং নির্ভরযোগ্য পুনর্গঠনে অবদান রাখার সম্ভাবনা রয়েছে।
খাদ্য উপাদানের উপর গবেষণার সম্ভাব্য আবেদন
নিম্নলিখিত পয়েন্টগুলি বৈধ ফাইলোজেনেটিক ওয়ার্কফ্লো থেকে অনুমান করা সম্ভাব্য অ্যাপ্লিকেশনগুলিকে বর্ণনা করে। কাগজটি সরাসরি ফসলের প্রজনন, স্বাদ, পুষ্টির মান বা রোগ প্রতিরোধের পরীক্ষা করেনি।
উদাহরণস্বরূপ, এই গবেষণায় ব্যবহৃত Aurantioideae-এর মতো গোষ্ঠীর মধ্যে রয়েছে এমন উদ্ভিদ প্রজাতি যা বিশ্বব্যাপী খাদ্য ও ঔষধি ব্যবহারের জন্য গুরুত্বপূর্ণ। তাদের সুনির্দিষ্ট ফাইলোজেনেটিক সম্পর্ক এবং সংকরকরণের জটিল বিবর্তনীয় ইতিহাস বোঝা কৃষিতে ফসলের উন্নতির জন্য এবং মূল্যবান জেনেটিক সম্পদ (যেমন বন্য আত্মীয়) সংরক্ষণ ও ব্যবহারের জন্য গুরুত্বপূর্ণ যা ভবিষ্যতের খাদ্য উত্স হতে পারে।
Read2Tree ব্যবহার করে এই নতুন পদ্ধতিটি একই ডেটাসেট ব্যবহার করে ক্লোরোপ্লাস্ট এবং পারমাণবিক DNA উভয় থেকে তথ্যের দক্ষ পুনরুদ্ধার করতে সক্ষম করে, যা আগের অনেক খাদ্য শস্যের প্রজাতির জন্য কঠিনভাবে কঠিন ছিল এমন আরও ব্যাপক এবং বিস্তারিত ফাইলোজেনেটিক বিশ্লেষণের অনুমতি দেয়।
এ ছাড়া, incomplete lineage sorting (ILS) ও introgression-এর মতো জটিল জিনগত প্রক্রিয়া বিশ্লেষণের ক্ষমতা খাদ্য উদ্ভিদের উচ্চ পুষ্টিমান, নির্দিষ্ট স্বাদ এবং কীটপতঙ্গ ও রোগ প্রতিরোধের মতো বৈচিত্র্যময় বৈশিষ্ট্য বিবর্তনের ধারায় কীভাবে অর্জিত ও সংরক্ষিত হয়েছে, তা জিনগত স্তরে বোঝার ভিত্তি দেয়।
এইভাবে, এই পদ্ধতিটি খাদ্য হিসাবে ব্যবহৃত উদ্ভিদের বৈচিত্র্য সম্পর্কে আমাদের বোঝার গভীরতা এবং উন্নত জাতের উন্নয়ন এবং টেকসই সম্পদ ব্যবহারের দিকে গবেষণা চালানোর জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ ভিত্তি প্রদান করে বলা যেতে পারে।