Las plantas esparcen sus semillas por el paisaje para colonizar nuevas áreas, pero es difícil y costoso para los biólogos rastrear sus movimientos. Ahora, investigadores de la Universidad Estatal de Portland han desarrollado una nueva técnica para secuenciar el ADN del cloroplasto de cientos de plantas a la vez, para obtener más información sobre cómo se mueven las poblaciones de plantas.

La capacidad de establecer nuevas poblaciones es vital para las especies de plantas que buscan expandir su área de distribución. Durante muchas décadas, biólogos han estudiado el proceso de dispersión de semillas, pero los estudios genéticos de las poblaciones de plantas siempre se han visto obstaculizados por la dificultad de distinguir si las diferencias genéticas eran el resultado del movimiento del polen (genes masculinos) o de las semillas mismas (que contienen el ADN de ambos padres). Para enfrentar este desafío, los investigadores pueden secuenciar el ADN de los cloroplastos, las estructuras verdes en las células vegetales que realizan la fotosíntesis. El desarrollo de una nueva herramienta, CallHap, publicado en Aplicaciones en Ciencias Vegetales , ha hecho que sea más fácil y barato secuenciar los genomas del cloroplasto de un gran número de plantas y rastrear con precisión la dispersión de semillas en los paisajes.

Debido a que los cloroplastos normalmente solo se heredan de la planta femenina, su variabilidad genética se puede utilizar para rastrear la dispersión de semillas sin interferencia del polen. Los cloroplastos evolucionan lentamente, por lo que los investigadores usan la secuenciación de próxima generación para buscar diferencias sutiles en sus genomas para determinar cómo dos plantas de diferentes poblaciones podrían estar relacionadas. Para reducir los costos de estos estudios, El profesor Mitchell Cruzan y sus colegas, el Dr. Brendan Kohrn y Jessica Persinger, desarrollaron CallHap, que se puede utilizar para secuenciar simultáneamente muchas plantas y separar los datos posteriormente.

Para usar CallHap, Los investigadores primero deben obtener una secuencia del genoma de referencia para su especie objetivo, ya sea a partir de trabajos publicados anteriormente o mediante la secuenciación del ADN de una sola planta. Próximo, deben secuenciar los cloroplastos de algunas plantas individualmente y alinearlos con el genoma de referencia para crear la base de datos básica utilizada por el programa. CallHap se puede utilizar para secuenciar cientos de personas a la vez, dice Cruzan:"Estábamos motivados para desarrollar este método para proporcionar datos de secuencia de genomas completos de cloroplasto para un gran número de plantas, para generar los grandes tamaños de muestra necesarios para estimaciones sólidas de la dispersión de semillas ".

Cruzan y su equipo probaron CallHap en redes genéticas artificiales antes de usarlo para investigar la tasa de dispersión de semillas de una margarita. Campos de oro de California Lasthenia californica ), creciendo en el sur de Oregon, ESTADOS UNIDOS. "Quedamos bastante satisfechos con la baja tasa de error que detectamos, "Cruzan entusiasmado, quien desde entonces ha probado el programa en otras cuatro especies. Sus resultados sugirieron que los cloroplastos de hasta 200 plantas podrían secuenciarse juntos y separarse con precisión mediante CallHap, reduciendo significativamente los costos de estos estudios genéticos poblacionales.

CallHap ya ha proporcionado algunas ideas interesantes sobre la dispersión de semillas. Cruzan elabora, "En el L. californica estudio, encontramos fuertes diferencias en los genomas del cloroplasto de poblaciones separadas solo por unas pocas docenas de metros, lo que sugiere una distancia de dispersión de semillas sorprendentemente corta para esta especie ". Desde entonces, han recopilado datos de secuencia de cloroplasto de seis especies de plantas diferentes que esparcen sus semillas de diversas formas, y utilizará CallHap para investigar cómo podrían funcionar sus métodos de dispersión de semillas en respuesta al cambio climático.

Además de proporcionar información sobre la dispersión de semillas, la canalización de CallHap se puede utilizar para estimar las relaciones de otros tipos de genomas heredados de un solo padre, incluidas las mitocondrias, así como para investigar la propagación de bacterias y virus.