అదే సీక్వెన్సింగ్ రీడ్‌ల నుంచి న్యూక్లియర్ DNA మరియు క్లోరోప్లాస్ట్ DNAను చదవడం

ఎరంగా పావని వితారణ మొదటి రచయిత్రిగా, మా ప్రయోగశాల కేంద్రంగా పనిచేసిన పరిశోధనా బృందం క్లోరోప్లాస్ట్ జీనోమ్ విశ్లేషణకు ఉపయోగించిన అదే సీక్వెన్సింగ్ రీడ్‌ల నుంచి న్యూక్లియర్ ఫైలోజెనెటిక్ సమాచారాన్ని సమర్థంగా పొందే పద్ధతిని చూపించింది. దీని ద్వారా రెండు రకాల డేటాను సమగ్రంగా పోల్చడం సాధ్యమైంది.

మొక్కల phylogeneticsలో chloroplast (cp) జీనోమ్‌లు చిన్నవిగా, విశ్లేషణకు అనుకూలంగా ఉండటం వల్ల విస్తృతంగా ఉపయోగిస్తారు. అయితే చాలా flowering plantsలో cpDNA ఒకే తల్లిదండ్రి నుంచి—సాధారణంగా తల్లి నుంచి—వారసత్వంగా వస్తుంది; అందువల్ల రెండు తల్లిదండ్రుల నుంచి వచ్చే nuclear DNAతో పోలిస్తే భిన్నమైన phylogenetic signal ఇవ్వవచ్చు. కాబట్టి chloroplast data మాత్రమే కొన్ని పరిణామ సంబంధాలను పూర్తిగా పరిష్కరించలేకపోవచ్చు.

మరింత సమగ్రమైన ఫైలోజెనెటిక్ సమాచారాన్ని పొందడానికి, తల్లిదండ్రుల నుండి వారసత్వంగా పొందిన న్యూక్లియర్ DNA సమాచారం కూడా ముఖ్యమైనది. cpDNA కంటే న్యూక్లియర్ DNA మరింత సంపూర్ణమైన జన్యు దృక్పథాన్ని అందిస్తుంది. అయినప్పటికీ, పూర్తి న్యూక్లియర్ DNA సమాచారాన్ని పొందడం అనేది గతంలో అధిక ఖర్చులతో ముడిపడి ఉండేది. ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, న్యూక్లియర్ DNA డేటాను పొందడం కోసం అత్యంత ఖర్చు-సమర్థవంతమైన పద్ధతులు ఉద్భవించాయి (ఉదా., టార్గెట్ క్యాప్చర్, RNA సీక్వెన్సింగ్), అయితే సాధారణంగా క్లోరోప్లాస్ట్ మరియు న్యూక్లియర్ DNA డేటాను విడిగా సిద్ధం చేయడం అవసరం.

ఈ అధ్యయనంలో, ఈ సవాలును పరిష్కరించడానికి, క్లోరోప్లాస్ట్ జన్యు విశ్లేషణ కోసం ఉపయోగించే “ఖచ్చితమైన అదే” ముడి (ప్రాసెస్ చేయని) రీడ్ సీక్వెన్స్ డేటా నుండి న్యూక్లియర్ DNA ఫైలోజెనెటిక్ సమాచారాన్ని పొందే కొత్త పద్ధతి అభివృద్ధి మరియు ధ్రువీకరణపై మేము దృష్టి సారించాము.

మేము అనే కొత్త గణన సాధనాన్ని ఉపయోగించాము Read2Tree. Read2Tree ముడి రీడ్ సీక్వెన్స్ డేటా నుండి సంరక్షించబడిన న్యూక్లియర్ జీన్ సీక్వెన్స్‌ల ప్రత్యక్ష మరియు సమర్థవంతమైన వెలికితీతను అనుమతిస్తుంది.

పత్రం ప్రచురితమైన తరువాత workflowను పునరుత్పత్తి చేయడం మరియు మరింతగా ఉపయోగించడం సులభం కావడానికి analysis pipelineను GitHub repository “Eranga-Witharana/rt2-phylogenomics”లో బహిరంగంగా విడుదల చేశాము.

Read2Tree ప్రధాన లక్షణాలు మరియు ప్రయోజనాలు

• ఖర్చుతో కూడుకున్నది: క్లోరోప్లాస్ట్ విశ్లేషణ వలె అదే ముడి డేటాను ఉపయోగించడం డేటా సేకరణ ఖర్చులను తగ్గిస్తుంది.
• సమగ్ర న్యూక్లియర్ డేటా రిట్రీవల్: రిఫరెన్స్ జీనోమ్-గైడెడ్ విధానం పెద్ద సంఖ్యలో సంరక్షించబడిన న్యూక్లియర్ జన్యువులను వెలికితీసేందుకు అనుమతిస్తుంది.
• స్ట్రీమ్‌లైన్డ్ అనాలిసిస్: జీన్ ఐడెంటిఫికేషన్ నుండి అలైన్‌మెంట్ జనరేషన్ ద్వారా ఫైలోజెనెటిక్ ట్రీ నిర్మాణం వరకు సమీకృత పైప్‌లైన్‌గా విధులు.
• కస్టమ్ ప్రిపరేషన్ అవసరం లేదు: ఇప్పటికే ఉన్న రిఫరెన్స్ డేటాసెట్‌లను ఉపయోగిస్తుంది, జాతుల-నిర్దిష్ట ప్రోబ్ సెట్‌లు లేదా డేటాబేస్‌ల రూపకల్పన మరియు ధృవీకరించాల్సిన అవసరాన్ని తొలగిస్తుంది.
• అసమ్మతి విశ్లేషణకు ఉపయోగపడుతుంది: వ్యక్తిగత జన్యు అమరిక డేటాను అవుట్‌పుట్ చేస్తుంది, ఇది ఫైలోజెనెటిక్ అసమ్మతి యొక్క కారణాలను పరిశోధించడానికి ఉపయోగించబడుతుంది (జన్యు వృక్షాలు మరియు జాతుల చెట్ల మధ్య వ్యత్యాసాలు వంటివి).

పద్ధతి ధ్రువీకరణ — సిట్రస్ ఉపకుటుంబం (Aurantioideae) మొక్కల ఉదాహరణ

ఈ కొత్త పద్ధతి యొక్క ప్రభావం మరియు ఉపయోగాన్ని ధృవీకరించడానికి (Read2Treeని ఉపయోగించి న్యూక్లియర్ DNA ఫైలోజెనెటిక్ విశ్లేషణ), మేము Aurantioideae అనే మొక్క సమూహాన్ని లక్ష్యంగా చేసుకున్నాము. సిట్రస్ మరియు దాని దగ్గరి బంధువులను కలిగి ఉన్న Aurantioideae, సంక్లిష్టమైన ఫైలోజెనెటిక్ సంబంధాలతో ఒక ముఖ్యమైన సమూహం.

Read2Treeతో Aurantioideaeకు చెందిన 39 జాతుల conserved nuclear gene sequencesను పొందించి, అదే raw reads నుంచి నిర్మించిన chloroplast genome phylogeniesతో పోల్చారు.

• ప్రస్తుత న్యూక్లియర్ DNA పద్ధతులతో పోలిక — Read2Tree ద్వారా పొందిన న్యూక్లియర్ DNA ఫైలోజెనెటిక్ వృక్షాన్ని, మునుపటి అధ్యయనాల్లో ఉపయోగించిన RAD-Seq ద్వారా నిర్మించిన వృక్షంతో పోల్చి Read2Tree విశ్వసనీయతను అంచనా వేశాము.
• క్లోరోప్లాస్ట్ ఫైలోజెనెటిక్ విశ్లేషణతో సమన్వయం — అదే ముడి డేటా నుంచి క్లోరోప్లాస్ట్ జీనోమ్ ఫైలోజెనెటిక్ వృక్షాలను నిర్మించి, Read2Tree రూపొందించిన న్యూక్లియర్ DNA వృక్షాలతో పోల్చాము. తద్వారా క్లోరోప్లాస్ట్ మరియు న్యూక్లియర్ ఫైలోజెనీల మధ్య అసమ్మతి అయిన cytonuclear discordance ను పరిశీలించాము.
• అసమ్మతి కారణాల విశ్లేషణ — Read2Tree అందించిన వ్యక్తిగత జన్యు అలైన్‌మెంట్ డేటాను D-statistic, DFOIL, QuIBL వంటి పద్ధతులతో కలిపి, అసంపూర్ణ వంశ క్రమీకరణ (incomplete lineage sorting; ILS), జన్యు అంతఃప్రవేశం (introgression), పురాతన introgression వంటి సంక్లిష్ట పరిణామ ప్రక్రియల పాత్రను విశ్లేషించాము.

ఫలితాలు — పద్ధతి ప్రభావశీలత

ఈ అధ్యయనం యొక్క ఫలితాలు ఈ క్రింది అంశాలను వెల్లడించాయి, Read2Treeని ఉపయోగించి పద్ధతి యొక్క ప్రభావాన్ని ప్రదర్శిస్తాయి:

• Nuclear phylogeny పోలిక—Read2Tree nuclear phylogenies, గత RAD-Seq అధ్యయనంలో తెలిపిన సంబంధాలతో ప్రధానంగా సరిపోలాయి. కొన్ని taxa స్థానాలు ఇంకా అనిశ్చితంగా ఉన్నందున ప్రతి branch ఖచ్చితంగా పరిష్కరించబడిందని భావించరాదు.
• Data reuse సామర్థ్యం—అదే short-read datasetను chloroplast genome analysis మరియు nuclear phylogenetic inference రెండింటికీ ఉపయోగించడం వేర్వేరు sequencing datasets సిద్ధం చేయడం కంటే cost-efficient. ఇది formal economic evaluation కాదు; data acquisitionలోని ప్రయోజనం.
• Phylogenetic discordance విశ్లేషణ—observed discordanceలో ఎక్కువ భాగాన్ని incomplete lineage sorting (ILS) వివరించవచ్చని, కొన్ని cladesలో introgression మరియు ancient introgression కూడా సహకరించి ఉండవచ్చని పలు విశ్లేషణలు సూచించాయి.

ముగింపు

Chloroplast genome analysis‌కు ఉపయోగించిన అదే raw reads నుండి Read2Tree conserved nuclear genes‌ను పొందగలదని, nuclear మరియు chloroplast phylogenies‌ను పోల్చి incomplete lineage sorting (ILS), introgression పాత్రలను పరిశీలించవచ్చని ఈ అధ్యయనం చూపింది. కొన్ని taxa స్థానాలు ఇంకా అనిశ్చితంగా ఉండటంతో ప్రతి branch‌ను ఖచ్చితంగా పరిష్కరించలేదు.

ఈ పద్ధతి భవిష్యత్తులో మొక్కల ఫైలోజెనెటిక్ పరిశోధనలో పరిణామ చరిత్రల యొక్క మరింత వివరణాత్మక మరియు విశ్వసనీయ పునర్నిర్మాణాలకు దోహదపడే సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంది.

ఆహార ముడి పదార్థాల పరిశోధనలో సంభావ్య అనువర్తనాలు

క్రింది అంశాలు ధృవీకరించిన phylogenetic workflow నుంచి ఊహించిన సాధ్యమైన applications మాత్రమే. ఈ paper crop breeding, flavor, nutritional value లేదా disease resistanceను నేరుగా పరీక్షించలేదు.

ఉదాహరణకు, ఈ అధ్యయనంలో ఉపయోగించిన Aurantioideae వంటి సమూహాలలో ప్రపంచవ్యాప్తంగా ఆహారం మరియు ఔషధ ఉపయోగాలకు ముఖ్యమైన మొక్కల జాతులు ఉన్నాయి. వారి ఖచ్చితమైన ఫైలోజెనెటిక్ సంబంధాలు మరియు హైబ్రిడైజేషన్ యొక్క సంక్లిష్ట పరిణామ చరిత్రను అర్థం చేసుకోవడం వ్యవసాయంలో పంట మెరుగుదలకు మరియు భవిష్యత్తులో ఆహార వనరులుగా మారే విలువైన జన్యు వనరుల (అడవి బంధువులు వంటివి) పరిరక్షణ మరియు వినియోగానికి కీలకం.

Read2Treeని ఉపయోగించే ఈ కొత్త పద్ధతి ఒకే డేటాసెట్‌ని ఉపయోగించి క్లోరోప్లాస్ట్ మరియు న్యూక్లియర్ DNA రెండింటి నుండి సమాచారాన్ని సమర్ధవంతంగా తిరిగి పొందేందుకు వీలు కల్పిస్తుంది, ఇది గతంలో విశ్లేషించడం కష్టంగా ఉన్న అనేక ఆహార పంట జాతులపై మరింత సమగ్రమైన మరియు వివరణాత్మక ఫైలోజెనెటిక్ విశ్లేషణలను అనుమతిస్తుంది.

అంతేకాకుండా, అసంపూర్ణ వంశ క్రమబద్ధీకరణ (ILS) మరియు ఇంట్రోగ్రెషన్ వంటి సంక్లిష్ట జన్యు ప్రక్రియలను విశ్లేషించే సామర్థ్యం, జన్యు స్థాయిలో, ఆహార మొక్కల యొక్క విభిన్న లక్షణాలు-అధిక పోషక విలువలు, నిర్దిష్ట రుచులు మరియు తెగుళ్లు మరియు వ్యాధులకు నిరోధకత వంటివి-ఎలా పరిణామ చరిత్రలో పొందబడ్డాయి మరియు నిర్వహించబడుతున్నాయో అర్థం చేసుకోవడానికి పునాదిని అందిస్తుంది.

ఈ విధంగా, ఈ పద్ధతిని ఆహారంగా ఉపయోగించే మొక్కల వైవిధ్యంపై మన అవగాహనను మరింతగా పెంచుకోవడానికి మరియు మెరుగైన రకాలు మరియు స్థిరమైన వనరుల వినియోగాన్ని అభివృద్ధి చేసే దిశగా పరిశోధనలను నడిపించడానికి ఒక ముఖ్యమైన పునాదిని అందజేస్తుందని చెప్పవచ్చు.