Bir xil sekvenslash o‘qishlaridan yadro va xloroplast DNKsini tahlil qilish

Birinchi muallif sifatida Eranga Pawani Witharana xonim bilan bizning laboratoriyamizda joylashgan tadqiqot guruhi xloroplast genomini tahlil qilish uchun ishlatiladigan bir xil ketma-ketlik o'qishlaridan yadro filogenetik ma'lumotlarini samarali tiklash usulini namoyish etdi, bu ikkala ma'lumot manbasini integratsiyalashgan taqqoslash imkonini berdi.

Xloroplast (cp) genomlari o'simliklar filogenetikasida keng qo'llaniladi, chunki ular nisbatan kichik va oson o'rganiladi. Biroq, ko'pgina angiospermlarda cpDNA ota-onadan bir tomonlama - ko'pincha onadan - meros qilib olinadi va shuning uchun ikki ota-onadan meros qilib olingan yadro DNA dan boshqa filogenetik signalni olib yurishi mumkin. Natijada, faqat xloroplast ma'lumotlari ba'zi evolyutsion munosabatlarni hal qilish uchun yetarli bo'lmasligi mumkin.

Kengaytirilgan filogenetik ma'lumotlarni olish uchun ikkala ota-onadan ham meros bo'lib o'tgan yadro DNA ma'lumotlari ham muhimdir. Yadro DNA cpDNA ga qaraganda ko'proq yaxlit genetik nuqtai nazarni taqdim etadi. Biroq, to'liq yadro DNA ma'lumotlarini olish ilgari yuqori xarajatlar bilan bog'liq edi. So'nggi yillarda yadroviy DNA ma'lumotlarini olishning juda tejamkor usullari paydo bo'ldi (masalan, nishonni ushlash, RNA ketma-ketligi), ammo odatda xloroplast va yadroviy DNA ma'lumotlarini alohida tayyorlash zarur bo'lgan.

Ushbu tadqiqotda, ushbu muammoni hal qilish uchun, biz xloroplast genomini tahlil qilish uchun ishlatiladigan "aynan bir xil" xom (ishlov berilmagan) o'qish ketma-ketligi ma'lumotlaridan yadroviy DNA filogenetik ma'lumotlarini oladigan yangi usulni ishlab chiqish va tasdiqlashga e'tibor qaratdik.

Biz Read2Tree deb nomlangan yangi hisoblash vositasidan foydalandik. Read2Tree xom o'qish ketma-ketligi ma'lumotlaridan saqlangan yadro genlari ketma-ketliklarini to'g'ridan-to'g'ri va samarali ajratib olish imkonini beradi.

Maqola nashr etilgandan so'ng, biz ish jarayonini ko'paytirish va undan keyingi qo'llashni osonlashtirish uchun GitHub bo'yicha tahlil quvurini "Eranga-Witharana/rt2-phylogenomics" da nashr etdik.

Read2Tree ning asosiy xususiyatlari va afzalliklari

• Tejamkor: Xloroplast tahlili bilan bir xil xom ma'lumotlardan foydalanish ma'lumotlarni olish xarajatlarini kamaytiradi.
• Keng qamrovli yadro ma'lumotlarini olish: Malumot genomiga asoslangan yondashuv ko'p miqdordagi saqlangan yadro genlarini ajratib olish imkonini beradi.
• Soddalashtirilgan tahlil: Genlarni aniqlash, ketma-ketliklarni tekislash va filogenetik daraxt qurishni yagona pipeline doirasida birlashtiradi.
• Maxsus tayyorgarlik talab qilinmaydi: Mavjud ma'lumotlar to'plamlaridan foydalanadi, bu turlarga xos zond to'plamlari yoki ma'lumotlar bazalarini loyihalash va tasdiqlash zaruratini bartaraf etadi.
• Nomuvofiqlik tahlili uchun foydali: Filogenetik nomuvofiqlik sabablarini (masalan, gen daraxtlari va tur daraxtlari o'rtasidagi nomuvofiqliklar) tekshirish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan individual genlarni moslashtirish ma'lumotlarini chiqaradi.

Usulni tasdiqlash: Aurantioideae o'simliklaridan foydalangan holda misol

Ushbu yangi usulning samaradorligi va foydaliligini tasdiqlash uchun (Read2Tree yordamida yadroviy DNA filogenetik tahlili) biz Aurantioideae o'simlik guruhini nishonga oldik. Sitrus va uning yaqin qarindoshlarini o'z ichiga olgan Aurantioideae murakkab filogenetik munosabatlarga ega muhim guruhdir.

Read2Tree yordamida tadqiqot 39 ta Aurantioideae turi uchun saqlangan yadroviy gen ketma-ketliklarini tikladi va natijada hosil bo'lgan yadroviy filogeniyalarni bir xil xom o'qishlardan yaratilgan xloroplast genom daraxtlari bilan taqqosladi.

• Mavjud yadroviy DNA usullari bilan taqqoslash: Read2Tree tomonidan olingan yadroviy DNA filogenetik daraxti avvalgi tadqiqotlarda qo'llanilgan yana bir yadroviy DNA usuli bo'lgan RAD-Seq tomonidan yaratilgan daraxt bilan taqqoslandi. Ushbu taqqoslash Read2Tree ning ishonchliligini baholadi.
• Xloroplast filogenetik tahlili bilan integratsiya: Xloroplast genomlari filogenetik daraxtlari bir xil xom ma’lumotlardan tuzildi va Read2Tree yordamida olingan yadro DNA daraxtlari bilan taqqoslandi. Bu yondashuv sito-yadro nomuvofiqligini, ya’ni xloroplast va yadro filogeniyalari o‘rtasidagi tafovutni o‘rgandi.
• Nomuvofiqlik sabablarini tahlil qilish: Read2Tree chiqargan alohida gen alignment ma’lumotlarini boshqa usullar (D-statistika, DFOIL, QuIBL va boshqalar) bilan birlashtirib, kuzatilgan filogenetik nomuvofiqlik to‘liq bo‘lmagan nasl-nasab saralash (ILS), introgressiya yoki qadimgi introgressiya kabi murakkab evolyutsion jarayonlardan kelib chiqqanmi, degan savol tahlil qilindi.

Natijalar (Usul samaradorligi)

Ushbu tadqiqot natijalari Read2Tree yordamida usulning samaradorligini ko'rsatuvchi quyidagi fikrlarni ochib berdi:

• Yadro filogeniyalarini taqqoslash: Read2Tree yadro filogeniyalari asosan avvalgi RAD-Seq tadqiqotida xabar qilingan munosabatlarga mos keldi. Ba'zi taksonlarning joylashuvi noaniqligicha qoldi, shuning uchun tahlil har bir tarmoqni aniq hal qilish deb o'qilmasligi kerak.
• Ma'lumotlardan samarali qayta foydalanish: Xuddi shu qisqa o'qilgan ma'lumotlar to'plami xloroplast genom tahlilini ham, yadro filogenetik xulosasini ham qo'llab-quvvatladi, bu esa yondashuvni alohida ketma-ketlik ma'lumotlar to'plamlarini tayyorlashga qaraganda tejamkorroq qildi. Bu rasmiy iqtisodiy baholash emas, balki ma'lumotlarni yig'ish afzalligi edi.
• Filogenetik nomuvofiqlik tahlili: Bir nechta tahlil kuzatilgan nomuvofiqlikning asosiy qismini to‘liq bo‘lmagan nasl-nasab saralash (ILS) tushuntirishini, ayrim kladalarda esa introgressiya va qadimgi introgressiya ham rol o‘ynagan bo‘lishi mumkinligini ko‘rsatdi.

Xulosa

Tadqiqot shuni ko'rsatdiki, Read2Tree xloroplast genomini tahlil qilish uchun ishlatiladigan bir xil xom o'qishlardan saqlangan yadro genlarini tiklashi mumkin, bu esa yadro va xloroplast filogeniyalarini taqqoslash va to'liq bo'lmagan nasl-nasab saralash (ILS) va introgressiyadan olingan hissalarni o'rganish imkonini beradi. Ba'zi taksonlarning joylashuvi noaniqligicha qoldi va tadqiqot har bir tarmoqni aniq hal qilmadi.

Ushbu usul kelajakdagi o'simliklar filogenetik tadqiqotlarida evolyutsion tarixni batafsilroq va ishonchli qayta tiklashga hissa qo'shish imkoniyatiga ega.

Oziq-ovqat tarkibiy qismlarini tadqiq qilishda potentsial qo'llanilishi

Quyidagi fikrlar tasdiqlangan filogenetik ish jarayonidan kelib chiqadigan potentsial qo'llanilishini tavsiflaydi. Maqolada ekinlarni ko'paytirish, ta'm, ozuqaviy qiymat yoki kasalliklarga chidamlilik to'g'ridan-to'g'ri sinovdan o'tkazilmagan.

Masalan, ushbu tadqiqotda ishlatilgan Aurantioideae kabi guruhlarga butun dunyo bo'ylab oziq-ovqat va dorivor maqsadlarda foydalanish uchun muhim bo'lgan o'simlik turlari kiradi. Ularning aniq filogenetik aloqalarini va duragaylashning murakkab evolyutsion tarixini tushunish qishloq xo'jaligida ekinlarni yaxshilash va kelajakda oziq-ovqat manbalariga aylanishi mumkin bo'lgan qimmatli genetik resurslarni (masalan, yovvoyi qarindoshlar) saqlash va ulardan foydalanish uchun juda muhimdir.

Read2Tree dan foydalangan holda yaratilgan ushbu yangi usul bir xil ma'lumotlar to'plamidan foydalanib, xloroplast va yadroviy DNA dan ma'lumotlarni samarali olish imkonini beradi, bu esa ilgari tahlil qilish qiyin bo'lgan ko'plab oziq-ovqat ekinlari turlarini yanada keng qamrovli va batafsil filogenetik tahlil qilish imkonini beradi.

Bundan tashqari, to'liq bo'lmagan nasl-nasab saralash (ILS) va introgressiya kabi murakkab genetik jarayonlarni tahlil qilish qobiliyati genetik darajada oziq-ovqat o'simliklarining turli xil xususiyatlari - masalan, yuqori ozuqaviy qiymat, o'ziga xos ta'mlar va zararkunandalar va kasalliklarga chidamlilik - evolyutsiya tarixi davomida qanday qilib qo'lga kiritilganligi va saqlanib qolganligini tushunish uchun asos yaratadi.

Shu tarzda, ushbu usul oziq-ovqat sifatida ishlatiladigan o'simliklarning xilma-xilligini chuqurroq tushunishimiz va yaxshilangan navlarni yaratish va resurslardan barqaror foydalanishga qaratilgan tadqiqotlarni yo'naltirish uchun muhim asos yaratadi, deyish mumkin.