В одном улье можно собрать пыльцу с десятков различных видов растений, и эта пыльца является полезным свидетельством кормового поведения и пищевых предпочтений улья."Знание степени, в которой кормятся определенные растения, позволяет нам делать выводы, например, о возможности воздействия пестицидов в данном ландшафте, о предпочтении определенных видов растений перед другими и о том, в какой степени определенные виды растений способствуют развитию медоносных пчел. диета », — говорит аспирант Родни Ричардсон. «Одним из основных интересов нашей лаборатории является изучение предпочтений медоносных пчел в кормлении, чтобы мы могли улучшать ландшафты для поддержания устойчивых популяций медоносных пчел».Для Ричардсона и его коллег метабаркодирование является ключом к этому исследованию.
Это метод анализа ДНК, который позволяет исследователям идентифицировать биологические образцы.Метабаркодирование работает путем сравнения «маркеров» коротких генетических последовательностей из неидентифицированных биологических образцов с библиотеками известных эталонных последовательностей. Его можно использовать для обнаружения биологических загрязнителей в пище и воде, определения характеристик рациона животных по образцам навоза и даже для тестирования образцов воздуха на наличие бактерий и спор грибов. В случае пыльцы это могло бы сэкономить исследователям бесчисленные часы идентификации и подсчета отдельных пыльцевых зерен под микроскопом.
Ричардсон и его коллеги разработали новый метод метабаркодирования, используя три конкретных места в геноме, или локусы, в качестве маркеров. Они обнаружили, что одновременное использование нескольких локусов дает наилучшие результаты метабаркодирования пыльцы. Вся процедура, включая выделение ДНК, секвенирование и анализ маркеров, описана в ноябрьском выпуске журнала Applications in Plant Sciences.Чтобы разработать новый метод, исследователям понадобилась машина, достаточно мощная, чтобы обрабатывать миллионы последовательностей ДНК.
Для этой работы команда обратилась в Суперкомпьютерный центр Огайо.«Как исследователь, вы чувствуете себя ребенком в кондитерской, — говорит Ричардсон. «Вы можете мгновенно анализировать огромные наборы данных и экспериментировать с быстро развивающимся миром программного обеспечения для биоинформатики с открытым исходным кодом, а также с огромным количеством общедоступных данных из предыдущих исследований».В предыдущих экспериментах по метабаркодированию исследователи работали исключительно с маркером ITS2, обнаруженным в ядерном геноме. ITS2 успешно идентифицировал виды растений, присутствующие в образцах пыльцы, но не смог произвести количественные измерения пропорций каждого из них.
В поисках чего-то лучшего они решили протестировать два маркера пластидного генома. Ранее считалось, что пыльца редко содержит пластиды, но недавние исследования показали многообещающие перспективы штрих-кодирования пыльцы на основе пластид. Ричардсон и его коллеги обнаружили, что объединенные данные двух пластидных маркеров, rbcL и matK, успешно коррелируют с микроскопическими измерениями обилия пыльцы.
Новый метод метабаркодирования с несколькими локусами включает в себя все три маркера и может служить ценным инструментом для исследования местных видов пчел, составляющих местные пчелиные сообщества.«С помощью такого инструмента мы могли бы более легко оценить, на каких растениях полагаются различные виды пчел, помогая увеличить их популяцию, а также те экономические и экологические услуги, которые они предоставляют нашим сельскохозяйственным и природным ландшафтам».
Ричардсон говорит: «Хотя медоносная пчела считается нашим самым экономически важным опылителем, это лишь один из нескольких сотен видов пчел в Огайо, подавляющее большинство из которых мало изучены с точки зрения их кормовой экологии».