Uchanganuzi wa DNA ya kiini na kloroplasti kutoka sequencing reads zilezile

Bi. Eranga Pawani Witharana kama mwandishi wa kwanza, kikundi cha utafiti kilichojikita katika maabara yetu kilionyesha mbinu ya kurejesha taarifa za filojenetiki ya nyuklia kutoka kwa mfuatano sawa wa usomaji unaotumiwa kwa uchanganuzi wa jenomu ya kloroplast, kuwezesha ulinganisho jumuishi wa vyanzo vyote viwili vya data.

Jenomu za kloroplast (cp) hutumika sana katika filojenetiki ya mimea kwa sababu ni ndogo kiasi na inaweza kutibika. Katika angiospermu nyingi, hata hivyo, cpDNA hurithiwa bila wazazi—mara nyingi kwa uzazi—na kwa hivyo inaweza kubeba ishara tofauti ya filojenetiki kutoka kwa nyuklia iliyorithiwa kwa pande mbili DNA. Data ya kloroplast pekee inaweza kwa hivyo isitoshe kutatua baadhi ya mahusiano ya mageuzi.

Ili kupata maelezo ya kina zaidi ya filojenetiki, taarifa za nyuklia DNA, ambazo zimerithiwa kutoka kwa wazazi wote wawili, pia ni muhimu. Nuclear DNA hutoa mtazamo wa kinasaba zaidi kuliko cpDNA. Hata hivyo, kupata taarifa kamili ya nyuklia DNA ilihusishwa hapo awali na gharama kubwa. Katika miaka ya hivi karibuni, mbinu za gharama nafuu za kupata data ya nyuklia DNA zimeibuka (k.m., kunasa shabaha, mpangilio wa RNA), lakini kwa ujumla imekuwa muhimu kuandaa data ya kloroplast na nyuklia DNA kando.

Katika utafiti huu, ili kukabiliana na changamoto hii, tuliangazia uundaji na uthibitishaji wa mbinu mpya inayopata maelezo ya nyuklia ya DNA ya filojenetiki kutoka kwa data "sawa kabisa" mbichi (isiyochakatwa) inayotumika kwa uchanganuzi wa jenomu ya kloroplast.

Tulitumia zana mpya ya kukokotoa iitwayo Read2Tree . Read2Tree huwezesha uchimbaji wa moja kwa moja na bora wa mifuatano ya jeni ya nyuklia iliyohifadhiwa kutoka kwa data ghafi ya mfuatano uliosomwa.

Kufuatia kuchapishwa kwa karatasi, tulitoa bomba la uchanganuzi kwenye GitHub katika " Eranga-Witharana/rt2-phylogenomics " ili kuwezesha uzazi na utumiaji zaidi wa utiririshaji wa kazi.

Sifa Kuu na Manufaa ya Read2Tree

• Gharama nafuu: Kutumia data mbichi sawa na uchanganuzi wa kloroplast hupunguza gharama za kupata data.
• Urejeshaji wa data ya nyuklia wa Kina: Mbinu ya kumbukumbu inayoongozwa na jenomu inaruhusu uchimbaji wa idadi kubwa ya jeni za nyuklia zilizohifadhiwa.
• Uchanganuzi ulioratibiwa: Hufanya kazi kama bomba lililounganishwa kutoka kwa utambuzi wa jeni kupitia kizazi cha upatanishi hadi ujenzi wa miti ya filojenetiki.
• Hakuna maandalizi maalum yanayohitajika: Hutumia hifadhidata zilizopo za marejeleo, hivyo basi kuondoa hitaji la kuunda na kuthibitisha seti za uchunguzi au hifadhidata mahususi za spishi.
• Muhimu kwa uchanganuzi wa mtengano: Matokeo data ya upatanishi wa jeni, ambayo inaweza kutumika kuchunguza sababu za utengano wa filojenetiki (kama vile tofauti kati ya miti ya jeni na miti ya spishi).

: Mfano Kutumia Mimea ya Aurantioideae

Ili kuthibitisha ufanisi na manufaa ya mbinu hii mpya (nyuklia DNA uchanganuzi wa filojenetiki kwa kutumia Read2Tree), tulilenga kikundi cha mmea Aurantioideae. Aurantioideae, ambayo ni pamoja na machungwa na jamaa zake wa karibu, ni kundi muhimu na mahusiano magumu ya phylogenetic.

Kwa kutumia Read2Tree, utafiti ulipata mifuatano ya jeni ya nyuklia iliyohifadhiwa kwa spishi 39 za Aurantioideae na kulinganisha matokeo ya filogeni ya nyuklia na miti ya jenomu ya kloroplast iliyojengwa kutoka kwa usomaji mbichi sawa.

• Ulinganisho na mbinu zilizopo za nyuklia DNA: Mti wa filojenetiki wa nyuklia DNA uliopatikana na Read2Tree ulilinganishwa na mti unaozalishwa na RAD-Seq , mbinu nyingine ya nyuklia ya DNA iliyotumiwa hapo awali. Ulinganisho huu ulitathmini uaminifu wa Read2Tree.
• Ushirikiano na uchanganuzi wa filojenetiki ya kloroplast: Miti ya filojenetiki ya jenomu za kloroplast iliundwa kutoka kwa data mbichi sawa na ikilinganishwa na miti ya nyuklia ya DNA iliyotolewa na Read2Tree. Mbinu hii ilichunguza utengano wa cytonuclear, kutolingana kati ya kloroplast na filogeni za nyuklia.
• Uchanganuzi wa chanzo cha kutokulingana: Kwa kutumia data za alignment za kila jeni zilizotolewa na Read2Tree pamoja na mbinu nyingine (D-statistic, DFOIL, QuIBL, n.k.), tulichunguza kama kutokulingana kwa filojeni kulikotazamwa kulitokana na michakato changamano ya mageuzi kama incomplete lineage sorting (ILS), introgression, au introgression ya kale.

(Ufanisi wa Mbinu)

Matokeo ya utafiti huu yalifichua mambo yafuatayo, yakionyesha ufanisi wa mbinu kwa kutumia Read2Tree:

• Ulinganisho wa filojini za nyuklia: Filojini za nyuklia za Read2Tree zililingana kwa kiasi kikubwa na uhusiano ulioripotiwa na utafiti wa awali wa RAD-Seq. Baadhi ya uwekaji wa ushuru ulibakia kutokuwa na uhakika, kwa hivyo uchanganuzi haupaswi kusomwa kama unasuluhisha kila tawi kwa uhakika.
• Utumiaji tena mzuri wa data: Seti sawa ya data iliyosomwa kwa muda mfupi iliunga mkono uchanganuzi wa jenomu za kloroplast na uelekezaji wa filojenetiki ya nyuklia, na kufanya mbinu hiyo kuwa ya gharama nafuu zaidi kuliko kuandaa seti tofauti za mfuatano. Hii ilikuwa faida ya kupata data, si tathmini rasmi ya kiuchumi.
• Uchanganuzi wa kutokulingana kwa filojeni: Uchanganuzi kadhaa ulidokeza kuwa incomplete lineage sorting (ILS) inaeleza sehemu kubwa ya kutokulingana kulikozingatiwa, huku introgression na introgression ya kale pia zikiweza kuchangia katika baadhi ya clades.

Hitimisho

Utafiti ulionyesha kuwa Read2Tree inaweza kurejesha jeni za nyuklia zilizohifadhiwa kutoka raw reads zilezile zinazotumika katika uchanganuzi wa jenomu ya kloroplasti. Hivyo, filojeni za nyuklia na kloroplasti zinaweza kulinganishwa na mchango wa incomplete lineage sorting (ILS) pamoja na introgression kuchunguzwa. Nafasi za baadhi ya taxa zilibaki na utata, na utafiti haukutatua kila tawi kwa uhakika.

Njia hii ina uwezo wa kuchangia katika ujenzi wa kina zaidi na wa kuaminika wa historia ya mabadiliko katika utafiti wa filojenetiki ya mimea ya baadaye.

Maombi Yanayowezekana kwa Utafiti wa Viungo vya Chakula

Alama zifuatazo zinaelezea matumizi yanayoweza kukisiwa kutoka kwa mtiririko wa kazi ulioidhinishwa wa filojenetiki. Karatasi haikujaribu moja kwa moja kuzaliana, ladha, thamani ya lishe, au upinzani wa magonjwa.

Kwa mfano, vikundi kama Aurantioideae iliyotumika katika utafiti huu ni pamoja na spishi za mimea ambazo ni muhimu kwa matumizi ya chakula na dawa duniani kote. Kuelewa uhusiano wao sahihi wa filojenetiki na historia changamano ya mageuzi ya mseto ni muhimu kwa uboreshaji wa mazao katika kilimo na kwa uhifadhi na utumiaji wa rasilimali muhimu za kijeni (kama vile jamaa wa porini) ambazo zinaweza kuwa vyanzo vya chakula vya siku zijazo.

Mbinu hii mpya inayotumia Read2Tree huwezesha urejeshaji kwa ufanisi wa taarifa kutoka kwa kloroplast na nyuklia DNA kwa kutumia mkusanyiko wa data sawa, kuruhusu uchanganuzi wa kina na wa kina wa filojenetiki ya spishi nyingi za mazao ya chakula ambazo hapo awali zilikuwa ngumu kuchanganua.

Zaidi ya hayo, uwezo wa kuchanganua michakato changamano ya kijeni kama incomplete lineage sorting (ILS) na introgression hutoa msingi wa kuelewa katika kiwango cha kijeni jinsi sifa mbalimbali za mimea ya chakula—kama thamani kubwa ya lishe, ladha mahususi, na ustahimilivu dhidi ya wadudu na magonjwa—zilivyopatikana na kuhifadhiwa katika historia ya mageuzi.

Kwa njia hii, njia hii inaweza kusemwa kutoa msingi muhimu wa kuimarisha uelewa wetu wa aina mbalimbali za mimea inayotumika kama chakula na kuendesha utafiti kuelekea maendeleo ya aina zilizoboreshwa na matumizi endelevu ya rasilimali.