அதே வரிசையாக்க வாசிப்புகளிலிருந்து அணுக்கரு DNA மற்றும் குளோரோபிளாஸ்ட் DNA-வைப் படித்தல்

Eranga Pawani Witharana முதல் ஆசிரியராக, chloroplast genome analysis-க்கு பயன்படுத்திய அதே sequencing reads-இலிருந்து nuclear phylogenetic தகவலைத் திறமையாகப் பெற்று இரு data sources-யும் ஒருங்கிணைத்து ஒப்பிடும் முறையை எங்கள் ஆய்வகத்தை மையமாகக் கொண்ட குழு காட்டியது.

Chloroplast (cp) ஜினோம்கள் சிறியதாகவும் பகுப்பாய்வுக்கு ஏற்றதாகவும் இருப்பதால் தாவர phylogenetics-இல் பரவலாகப் பயன்படுகின்றன. ஆனால் பல angiosperms-இல் cpDNA ஒரே பெற்றோரிடமிருந்து—பெரும்பாலும் தாய்வழியாக—மரபாகிறது; ஆகவே அது இரு பெற்றோரிடமிருந்தும் மரபாகும் nuclear DNA-விலிருந்து வேறுபட்ட phylogenetic signal-ஐக் கொண்டிருக்கலாம். சில evolutionary relationships-ஐத் தீர்மானிக்க chloroplast தரவு மட்டும் போதாமல் இருக்கலாம்.

மேலும் முழுமையான phylogenetic தகவலுக்கு இரு பெற்றோரிடமிருந்தும் மரபாகும் nuclear DNA தகவலும் முக்கியம். Nuclear DNA, cpDNA-வை விட முழுமையான மரபணுக் கண்ணோட்டத்தை வழங்குகிறது. முன்பு முழு nuclear DNA தகவலைப் பெறுவது அதிகச் செலவுடன் தொடர்புடையதாக இருந்தது. சமீபத்தில் target capture மற்றும் RNA sequencing போன்ற cost-effective முறைகள் உருவானாலும், chloroplast மற்றும் nuclear DNA தரவுகளைத் தனித்தனியாகத் தயாரிப்பது பொதுவாகத் தேவையாக இருந்தது.

இந்தச் சவாலைத் தீர்க்க, chloroplast genome analysis-க்கு பயன்படுத்திய அதே raw read sequence data-விலிருந்து nuclear DNA phylogenetic தகவலைப் பெறும் புதிய முறையை உருவாக்கி சரிபார்ப்பதில் இவ்வாய்வு கவனம் செலுத்தியது.

Read2Tree என்ற computational tool பயன்படுத்தப்பட்டது. Raw read sequence data-விலிருந்து conserved nuclear gene sequences-ஐ நேரடியாகவும் திறமையாகவும் பெற Read2Tree உதவுகிறது.

கட்டுரை வெளியான பின்னர் workflow-ஐ மீளுருவாக்கவும் மேலும் பயன்படுத்தவும் உதவுவதற்காக analysis pipeline-ஐ GitHub repository “Eranga-Witharana/rt2-phylogenomics” இல் வெளியிட்டோம்.

Read2Tree-ன் முக்கிய அம்சங்களும் நன்மைகளும்

• செலவுச்சிக்கனம்: chloroplast analysis-க்கு பயன்படுத்திய அதே raw data-வை மீண்டும் பயன்படுத்துவதால் data acquisition செலவு குறைகிறது.
• விரிவான nuclear data: reference genome-guided அணுகுமுறை பல conserved nuclear genes-ஐப் பெற உதவுகிறது.
• ஒருங்கிணைந்த analysis: gene identification முதல் alignment generation மற்றும் phylogenetic tree construction வரை ஒரே pipeline ஆக செயல்படுகிறது.
• தனிப்பயன் தயாரிப்பு தேவையில்லை: species-specific probe sets அல்லது databases வடிவமைத்து சரிபார்க்காமல் ஏற்கெனவே உள்ள reference datasets-ஐப் பயன்படுத்துகிறது.
• Discordance analysis-க்கு ஏற்றது: தனித்தனி gene alignment data மூலம் gene trees மற்றும் species trees இடையிலான phylogenetic discordance-ன் காரணங்களை ஆராய முடியும்.

முறைச் சரிபார்ப்பு: Aurantioideae தாவரங்களை எடுத்துக்காட்டாகக் கொண்டு

புதிய முறையின் செயல்திறனையும் பயனையும் சரிபார்க்க citrus மற்றும் அதன் நெருங்கிய உறவினர்களை உள்ளடக்கிய, சிக்கலான phylogenetic relationships கொண்ட Aurantioideae தாவரக் குழு ஆய்வு செய்யப்பட்டது.

Read2Tree மூலம் 39 Aurantioideae species-களின் conserved nuclear gene sequences பெறப்பட்டு, அதே raw reads-இலிருந்து உருவாக்கப்பட்ட chloroplast genome trees உடன் nuclear phylogenies ஒப்பிடப்பட்டன.

• ஏற்கெனவே உள்ள nuclear DNA முறைகளுடன் ஒப்பீடு: Read2Tree nuclear phylogeny, முந்தைய ஆய்வுகளில் பயன்படுத்தப்பட்ட RAD-Seq tree உடன் ஒப்பிடப்பட்டு Read2Tree-ன் reliability மதிப்பிடப்பட்டது.
• Chloroplast phylogeny உடன் ஒருங்கிணைப்பு: அதே raw data-விலிருந்து chloroplast genome trees உருவாக்கப்பட்டு Read2Tree nuclear trees உடன் ஒப்பிடப்பட்டன; இதன் மூலம் cytonuclear discordance ஆய்வு செய்யப்பட்டது.
• Discordance காரணங்கள்: Read2Tree gene alignments மற்றும் D-statistic, DFOIL, QuIBL உள்ளிட்ட முறைகள் மூலம் incomplete lineage sorting (ILS), introgression மற்றும் ancient introgression ஆகியவற்றின் பங்கு ஆராயப்பட்டது.

முடிவுகள்: முறையின் செயல்திறன்

Read2Tree முறையின் செயல்திறனை கீழ்கண்ட முடிவுகள் காட்டின:

• Nuclear phylogeny ஒப்பீடு: Read2Tree முடிவுகள் முந்தைய RAD-Seq ஆய்வின் relationships உடன் பெரும்பாலும் ஒத்திருந்தன; சில taxa-வின் இடங்கள் உறுதியற்றவையாகவே இருந்தன.
• Data-வை திறமையாக மறுபயன்படுத்தல்: அதே short-read dataset chloroplast genome analysis மற்றும் nuclear phylogenetic inference இரண்டிற்கும் பயன்பட்டது. இது data acquisition நன்மை; முறையான economic evaluation அல்ல.
• Phylogenetic discordance: பல analyses, பெரும்பாலான discordance-க்கு incomplete lineage sorting (ILS) முக்கிய காரணமாகவும், சில clades-இல் introgression மற்றும் ancient introgression பங்களித்திருக்கலாம் என்றும் காட்டின.

முடிவு

அதே raw reads-இலிருந்து conserved nuclear genes-ஐப் பெற்று nuclear மற்றும் chloroplast phylogenies-ஐ ஒப்பிடவும், incomplete lineage sorting (ILS) மற்றும் introgression ஆகியவற்றின் பங்களிப்பை ஆராயவும் Read2Tree உதவுவதை ஆய்வு காட்டியது. சில taxa-வின் இடங்கள் உறுதியற்றவையாகவே இருந்ததால் எல்லா branches-யும் இறுதியாகத் தீர்க்கப்பட்டதாகக் கருதக் கூடாது.

எதிர்காலத் தாவர phylogenetic ஆய்வுகளில் evolutionary history-ஐ மேலும் விரிவாகவும் நம்பகமாகவும் மீள்கட்டமைக்க இம்முறை உதவக்கூடும்.

உணவுப் பொருட்கள் தொடர்பான ஆய்வில் சாத்தியமான பயன்பாடுகள்

கீழ்கண்டவை சரிபார்க்கப்பட்ட phylogenetic workflow-இலிருந்து ஊகிக்கப்படும் சாத்தியமான பயன்பாடுகள் மட்டுமே. Crop breeding, flavor, nutritional value அல்லது disease resistance ஆகியவற்றை இந்தக் கட்டுரை நேரடியாகச் சோதிக்கவில்லை.

Aurantioideae போன்ற குழுக்களில் உலகளவில் உணவுக்கும் மருத்துவப் பயன்பாட்டுக்கும் முக்கியமான தாவரங்கள் உள்ளன. அவற்றின் துல்லியமான phylogenetic relationships மற்றும் hybridization history-ஐப் புரிதல், crop improvement மற்றும் எதிர்கால உணவூற்றுகளாக பயன்படக்கூடிய wild relatives போன்ற genetic resources-ஐப் பாதுகாத்துப் பயன்படுத்துவதற்கு முக்கியம்.

அதே dataset-ஐப் பயன்படுத்தி chloroplast மற்றும் nuclear DNA ஆகிய இரண்டிலிருந்தும் தகவலைத் திறமையாகப் பெற Read2Tree உதவுவதால், முன்பு ஆய்வு செய்யக் கடினமாக இருந்த பல food crop species-களில் முழுமையான phylogenetic analyses செய்ய முடியும்.

Incomplete lineage sorting (ILS) மற்றும் introgression போன்ற சிக்கலான genetic processes-ஐ ஆய்வு செய்யும் திறன், அதிக ஊட்டச்சத்து மதிப்பு, தனித்துவமான சுவை, பூச்சி மற்றும் நோய் எதிர்ப்பு போன்ற food-plant traits evolutionary history-யில் எவ்வாறு உருவாகி பராமரிக்கப்பட்டன என்பதை மரபணு நிலையில் புரிந்துகொள்ள அடித்தளம் தருகிறது.

இவ்வாறு, உணவாகப் பயன்படும் தாவரங்களின் diversity-ஐ ஆழமாகப் புரிந்துகொள்ளவும், மேம்பட்ட varieties மற்றும் sustainable resource use நோக்கிய ஆய்வை முன்னெடுக்கவும் இம்முறை முக்கியமான அடித்தளத்தை வழங்குகிறது.