Войти
Микроскопическое изображение пыльцы Ligularia Пыльца Штрих-кодирование ДНК - это процесс идентификации видов пыльцы донора растения через амплификация и секвенирование специфических консервативных областей растительной ДНК. Возможность точной идентификации пыльцы имеет широкий спектр применений, хотя в прошлом это было затруднительно из-за ограничений микроскопической идентификации пыльцы.
Пыльца идентифицирована с использованием штрих-кодирования ДНК включает специфическое нацеливание на участки генов, которые встречаются у большинства видов растений, но которые сильно варьируются между представителями разных видов. Уникальная последовательность пар оснований для каждого вида в этих целевых областях может использоваться в качестве идентифицирующего признака.
Применение штрих-кодирования пыльцевой ДНК варьируется от судебной экспертизы, до безопасности пищевых продуктов, до сохранения. Каждое из этих полей выигрывает от создания справочных библиотек штрих-кодов растений. Эти библиотеки в значительной степени различаются по размеру и объему своих коллекций, а также по целевым регионам, в которых они специализируются.
Одна из основных проблем идентификации пыльцы заключается в том, что она часто собирается как смесь пыльцы из несколько видов. Метабарочное кодирование - это процесс идентификации ДНК отдельных видов из смешанного образца ДНК и обычно используется для каталогизации пыльцы в смешанных количествах пыльцы, обнаруженных у опыляющих животных, и в ДНК окружающей среды (также называемой эДНК), которая представляет собой ДНК, извлеченную прямо из окружающей среды, например из проб почвы или воды.
Некоторыми из основных ограничений микроскопической идентификации являются требования к опыту и времени. Для идентификации пыльцы с помощью микроскопии требуется высокий уровень знаний в характеристиках пыльцы конкретных изучаемых растений. Имея опыт, все еще может быть чрезвычайно сложно точно идентифицировать пыльцу с высоким таксономическим разрешением. Навыки, необходимые для выполнения штрих-кодирования ДНК, встречаются гораздо чаще, что упрощает внедрение этого подхода. Штрих-кодирование пыльцевой ДНК - это метод, популярность которого выросла из-за снижения затрат, связанных с методами «секвенирования следующего поколения» (NGS), и его эффективность постоянно улучшается, в том числе за счет использования подхода двойной индексации. Некоторые из других основных преимуществ включают экономию времени и ресурсов по сравнению с микроскопической идентификацией. Идентификация пыльцы занимает много времени, включая распространение пыльцы на предметном стекле, окрашивание пыльцы для улучшения видимости, затем сосредоточение внимания на отдельных зернах пыльцы и их идентификацию на основе размера, формы, а также формы и количества пор. Если справочная библиотека пыльцы недоступна, то пыльцу необходимо собрать с диких образцов или с образцов гербария, а затем добавить в справочную библиотеку пыльцы.
Редкие растения, которые посещают некоторые опылители, бывает трудно определить, поскольку с помощью штрих-кодирования ДНК пыльцы исследователи могут обнаружить «невидимые» взаимодействия между растениями и опылителями.
Есть много проблем, когда дело доходит до генетического штрих-кодирования пыльцы. Процесс амплификации ДНК может означать, что могут быть обнаружены даже небольшие фрагменты растительной ДНК, в том числе от загрязняющих веществ в образце. Важны строгие процедуры по предотвращению заражения, которым может способствовать устойчивость пыльцевого покрытия, позволяющая вымыть пыльцу от загрязняющих веществ без повреждения внутренней ДНК пыльцы.
Референсные библиотеки штрих-кодов ДНК все еще создаются, и постепенно принимаются стандартизированные целевые области. Эти проблемы, вероятно, связаны с новизной штрих-кодирования ДНК и, вероятно, улучшатся с более широким внедрением штрих-кодирования ДНК в качестве инструмента, используемого систематиками.
Определение количества каждого участника в смешанной нагрузке пыльцы может быть трудным для определения с помощью штрих-кодирования ДНК. Тем не менее, ученые смогли сравнить количество пыльцы с помощью ранжирования.
Нововведения в области автоматизированной микроскопии и программного обеспечения для визуализации предлагают одну потенциальную альтернативу в идентификации пыльцы. Используя программное обеспечение для распознавания образов, исследователи разработали программное обеспечение, которое может характеризовать микроскопические изображения пыльцы на основе анализа текстуры.
Было несколько различных участков ДНК растений, которые были используются в качестве мишеней для генетического штрих-кодирования, включая rbcL, matK, trnH-psbA, ITS1 и ITS2. Комбинация rbcL и matK рекомендована для использования в штрих-кодировании ДНК растений. Было обнаружено, что trnL лучше для деградированной ДНК, а ITS1 лучше для дифференциации видов в пределах рода.
Бабочки собирают нектар с цветка в Китайских Гималаях Возможность идентифицировать пыльцу особенно важна при изучении сетей опыления, которые состоят из всех взаимодействий между растениями и животными, которые облегчают их опыление. Определение пыльцы, переносимой насекомыми, помогает ученым понять, какие растения посещают какие насекомые. Насекомые также могут иметь гомологичные признаки, затрудняющие их идентификацию, и сами иногда идентифицируются с помощью генетического штрих-кодирования (обычно области CO1). Не каждое насекомое, посещающее цветок, обязательно является опылителем. У многих отсутствуют такие особенности, как волосы, позволяющие переносить пыльцу, в то время как другие избегают пыльников, содержащих пыльцу, чтобы украсть нектар. Сети опыления становятся более точными благодаря тому, какая пыльца переносится какими насекомыми. Некоторые ученые утверждают, что эффективность опыления (ПЭ), которая измеряется путем изучения скорости прорастания семян, полученных от цветов, которые посещало одно животное только однажды, - лучший способ определить, какие животные являются важными опылителями, хотя другие ученые использовали для этого штрих-кодирование ДНК. определить генетическое происхождение пыльцы насекомых и утверждать, что это в сочетании с другими признаками является хорошим показателем эффективности опыления. Изучая состав и структуру сетей опыления, защитники природы могут понять стабильность сети опыления и определить, какие виды наиболее важны, а какие подвержены наибольшему риску нарушения, ведущего к сокращению количества опылителей.
Еще одним преимуществом штрих-кодирования пыльцевой ДНК является то, что его можно использовать для определения источника пыльцы, обнаруженной на музейных образцах насекомых, а затем эти записи взаимодействий насекомых и растений можно сравнить с современными взаимодействиями, чтобы увидеть, как изменились сети опыления. со временем из-за глобального потепления, изменения землепользования и других факторов.
Возможность точно идентифицировать пыльцу, обнаруженную на доказательствах, помогает судебным следователям определять, из каких регионов были получены доказательства, на основе растений, эндемичных для этих регионов. В дополнение к этому, атмосферная пыльца, происходящая из незаконных ферм по выращиванию каннабиса, была успешно обнаружена учеными, что в будущем может позволить сотрудникам правоохранительных органов сузить области поиска незаконных ферм.
Из-за устойчивой структуры пыльцы, которая эволюционировала, чтобы выжить, иногда переносясь на большие расстояния, сохраняя при этом внутреннюю генетическую информацию нетронутой, происхождение пыльцы, обнаруженной смешанной в древних субстратах, часто может быть определенным с помощью штрих-кодирования ДНК.
Медоносные пчелы переносят пыльцу, а также нектар, используемый при производстве меда. С точки зрения качества и безопасности продуктов питания важно понимать, что пчелиные продукты, потребляемые людьми, в том числе мед, маточное молочко и гранулы пыльцы, содержат растения. Исследователи могут проверить, на каких растениях паслись пчелы, и, таким образом, определить происхождение нектара, используемого в меде, путем сбора пакетов пыльцы корбикулярных масс пчел и идентифицировать пыльцу с помощью метабаркода ДНК.
