Pollen DNA-streckkodning
Pollen- DNA-streckkodning är processen att identifiera pollendonatorväxtarter genom amplifiering och sekvensering av specifika, konserverade regioner av växt - DNA . Att kunna exakt identifiera pollen har ett brett spektrum av tillämpningar även om det har varit svårt tidigare på grund av begränsningarna för mikroskopisk identifiering av pollen.
Pollen som identifieras med hjälp av DNA-streckkodning involverar specifik inriktning av genregioner som finns i de flesta för alla växtarter men som har stor variation mellan medlemmar av olika arter. Den unika sekvensen av baspar för varje art inom dessa målregioner kan användas som en identifierande egenskap.
Tillämpningarna av streckkodning av pollen-DNA sträcker sig från kriminalteknik , till livsmedelssäkerhet , till bevarande . Vart och ett av dessa fält drar nytta av skapandet av referensbibliotek för växtstreckkoder. Dessa bibliotek varierar till stor del i storlek och omfattning av sina samlingar samt vilka målregioner de är specialiserade på.
En av de största utmaningarna med att identifiera pollen är att det ofta samlas in som en blandning av pollen från flera arter. Metabarcoding är processen för att identifiera den individuella artens DNA från ett blandat DNA-prov och används vanligtvis för att katalogisera pollen i blandade pollenmängder som finns på pollinerande djur och i miljö-DNA (även kallat eDNA) som är DNA som extraheras direkt från miljön, t.ex. jord- eller vattenprover.
Fördelar
| Del av en serie om |
| DNA-streckkodning |
|---|
|
| By taxa |
| Övrig |
Några av de principiella begränsningarna för mikroskopisk identifiering är expertis och tidskrav. Att identifiera pollen via mikroskopi kräver en hög nivå av expertis i pollenegenskaperna hos de specifika växter som studeras. Med expertis kan det fortfarande vara extremt svårt att identifiera pollen exakt med hög taxonomisk upplösning . De färdigheter som krävs för att göra DNA-streckkodning är mycket vanligare, vilket gör tillvägagångssättet lättare att använda. Pollen-DNA-streckkodning är en teknik som har ökat i popularitet på grund av de minskade kostnaderna förknippade med "next generation Sequencing"-tekniker (NGS) och som ständigt förbättras i effektivitet, inklusive genom användningen av en dubbelindexeringsmetod. Några av de andra stora fördelarna inkluderar besparingar i tid och resurser jämfört med mikroskopisk identifiering. Att identifiera pollen är tidskrävande, det handlar om att sprida pollen på ett objektglas, färga pollenet för att förbättra synligheten, sedan fokusera på individuella pollenkorn och identifiera dem baserat på storlek, form, samt form och antal porer. Om ett pollenreferensbibliotek inte är tillgängligt måste pollen samlas in från vilda exemplar eller från herbarieexemplar och läggs sedan till ett pollenreferensbibliotek.
Sällsynta växter som besöks av vissa pollinatörer kan vara svåra att avgöra, med hjälp av pollen-DNA-streckkodning kan forskare avslöja "osynliga" interaktioner mellan växter och pollinatörer.
Utmaningar
Det finns många utmaningar när det kommer till genetisk streckkodning av pollen. Amplifieringsprocessen av DNA kan innebära att även små bitar av växt-DNA kan detekteras inklusive de från föroreningar till ett prov . Strikta procedurer för att förhindra kontaminering är viktiga och kan underlättas av pollenhöljets hårdhet som gör att pollen kan tvättas från föroreningar utan att skada det interna pollen-DNA.
Referensbibliotek för DNA-streckkoder håller fortfarande på att byggas och standardiserade målregioner antas gradvis. Dessa utmaningar beror sannolikt på det nya med DNA-streckkodning och kommer sannolikt att förbättras med det bredare antagandet av DNA-streckkodning som ett verktyg som används av taxonomer.
Att bestämma mängden av varje bidragsgivare till en blandad pollenbelastning kan vara svårt att bestämma med hjälp av DNA-streckkodning. Men forskare har kunnat jämföra pollenmängder via rangordning.
Alternativ
Innovationer inom automatiserad mikroskopi och imagining-mjukvara erbjuder ett potentiellt alternativ för identifiering av pollen. Genom att använda mjukvara för mönsterigenkänning har forskare utvecklat mjukvara som kan karakterisera mikroskopiska pollenbilder baserat på texturanalyser.
Målregioner
Det har funnits flera olika regioner av växt-DNA som har använts som mål för genetisk streckkodning inklusive rbcL, matK, trnH-psbA, ITS1 och ITS2. En kombination av rbcL och matK har rekommenderats för användning i växt-DNA-streckkodning. Det har visat sig att trnL är bättre för nedbrutet DNA och ITS1 är bättre för att differentiera arter inom ett släkte.
Ansökningar
Används i pollineringsnätverk
Att kunna identifiera pollen är särskilt viktigt i studiet av pollineringsnätverk som består av alla de interaktioner mellan växter och djur som underlättar deras pollinering. Att identifiera pollen som bärs på insekter hjälper forskarna att förstå vilka växter som besöks av vilka insekter. Insekter kan också ha homologa egenskaper som gör dem svåra att identifiera och identifieras ibland själva genom genetisk streckkodning (vanligtvis i CO1-regionen). Varje insekt som besöker en blomma är inte nödvändigtvis en pollinatör. Många saknar egenskaper som hårstrån som gör att de kan bära pollen medan andra undviker pollenbelastade ståndarknappar för att stjäla nektar. Pollinationsnätverk görs mer exakta genom att inkludera vilket pollen som bärs av vilka insekter. Vissa forskare hävdar att pollineringseffektivitet (PE), som mäts genom att studera grobarheten för frön som produceras från blommor som bara besöks en gång av ett enda djur, är det bästa sättet att avgöra vilka djur som är viktiga pollinerare även om andra forskare har använt DNA-streckkodning för att fastställa det genetiska ursprunget för pollen som finns på insekter och har hävdat att detta tillsammans med andra egenskaper är en bra indikation på pollineringseffektivitet. Genom att studera sammansättningen och strukturen av pollineringsnätverk naturvårdare förstå stabiliteten i ett pollineringsnätverk och identifiera vilka arter som är viktigast och vilka som löper störst risk för störning som leder till pollinatörminskningar.
En annan fördel med pollen-DNA-streckkodning är att den kan användas för att bestämma källan till pollen som finns på museiexemplar av insekter, och dessa register över interaktioner mellan insekter och växter kan sedan jämföras med moderna interaktioner för att se hur pollineringsnätverk har förändrats under tiden tid på grund av global uppvärmning, förändrad markanvändning och andra faktorer.
Forensics
Att noggrant kunna identifiera pollen som hittats på bevis hjälper kriminaltekniska utredare att identifiera vilka regioner bevis härstammar från baserat på de växter som är endemiska för dessa regioner. Utöver detta upptäcktes atmosfäriskt pollen från illegala cannabisodlingar framgångsrikt av forskare, vilket i framtiden skulle kunna tillåta brottsbekämpande tjänstemän att begränsa sökområdena för illegala gårdar.
Forntida pollen
På grund av den tåliga strukturen hos pollen som har utvecklats för att överleva transporteras ibland stora avstånd samtidigt som den interna genetiska informationen hålls intakt, kan ursprunget för pollen som hittats blandat i forntida substrat ofta bestämmas genom DNA-streckkodning.
Livsmedelssäkerhet
Honungsbin bär på pollen såväl som den nektar som används i deras produktion av honung. För livsmedelskvalitet och säkerhetsproblem är det viktigt att förstå växtförsörjningen hos biprodukter som konsumeras av människor, inklusive honung, royal gelé och pollenpellets. Utredarna kan testa vilka växter honungsbin föda på och därmed ursprunget till den nektar som används i honung genom att samla in pollenpaket från honungsbins corbikulära belastningar och identifiera pollenet via DNA-metabarcoding .