Planten verspreiden hun zaden over het landschap om nieuwe gebieden te koloniseren, maar het is moeilijk en duur voor biologen om hun bewegingen te traceren. Nutsvoorzieningen, Onderzoekers van de Portland State University hebben een nieuwe techniek ontwikkeld om chloroplast-DNA van honderden planten tegelijk te sequencen, om meer te weten te komen over hoe plantenpopulaties zich verplaatsen.

Het vermogen om nieuwe populaties te vestigen is van vitaal belang voor plantensoorten die hun assortiment willen uitbreiden. Gedurende vele decennia, biologen hebben het proces van zaadverspreiding bestudeerd, maar genetische studies van plantenpopulaties zijn altijd gehinderd door de moeilijkheid om te onderscheiden of genetische verschillen het resultaat waren van de beweging van stuifmeel (mannelijke genen) of de zaden zelf (die het DNA van beide ouders bevatten). Om deze uitdaging aan te gaan, onderzoekers kunnen het DNA van chloroplasten sequencen, de groene structuren in plantencellen die fotosynthese uitvoeren. De ontwikkeling van een nieuw instrument, BelHap, gepubliceerd in Toepassingen in plantenwetenschappen , heeft het goedkoper en gemakkelijker gemaakt om de chloroplastgenomen van grote aantallen planten te sequensen en de zaadverspreiding over landschappen nauwkeurig te volgen.

Omdat chloroplasten normaal gesproken alleen van de vrouwelijke plant worden geërfd, hun genetische variabiliteit kan worden gebruikt om zaadverspreiding te traceren zonder interferentie van stuifmeel. Chloroplasten evolueren langzaam, dus gebruiken onderzoekers sequencing van de volgende generatie om te zoeken naar subtiele verschillen in hun genomen om te bepalen hoe twee planten uit verschillende populaties verwant kunnen zijn. Om de kosten van deze onderzoeken te verlagen, Professor Mitchell Cruzan en collega's Dr. Brendan Kohrn en Jessica Persinger ontwikkelden CallHap, die kan worden gebruikt om tegelijkertijd veel planten te sequencen en de gegevens achteraf te scheiden.

Om CallHap te gebruiken, onderzoekers moeten eerst een referentiegenoomsequentie voor hun doelsoort verkrijgen, hetzij uit eerder gepubliceerd werk of door het DNA van een enkele plant te sequencen. Volgende, ze moeten de chloroplasten van een paar planten afzonderlijk sequencen en ze afstemmen op het referentiegenoom om de basisdatabase te creëren die door het programma wordt gebruikt. CallHap kan dan worden gebruikt om honderden individuen tegelijk te sequensen, zegt Cruzan:"We waren gemotiveerd om deze methode te ontwikkelen om sequentiegegevens van hele chloroplastgenomen voor grote aantallen planten te leveren, om de grote steekproefomvang te genereren die nodig is voor robuuste schattingen van zaadverspreiding."

Cruzan en zijn team hebben CallHap getest op kunstmatige genetische netwerken voordat ze het gebruikten om de zaadverspreidingssnelheid van een madeliefje te onderzoeken. Californische goudvelden ( Lasthenia californica ), groeit in het zuiden van Oregon, VS. "We waren best tevreden met het lage foutenpercentage dat we ontdekten, "enthousiaste Cruzan, die sindsdien het programma op vier andere soorten heeft getest. Hun resultaten suggereerden dat de chloroplasten van maximaal 200 planten samen konden worden gesequenced en nauwkeurig gescheiden door CallHap, de kosten van deze populatiegenetische studies aanzienlijk verminderen.

CallHap heeft al enkele interessante inzichten gegeven in zaadverspreiding. Cruzan legt uit, "In de L. californica studie, we vonden sterke verschillen in de chloroplastgenomen van populaties die slechts enkele tientallen meters van elkaar verwijderd waren, suggereert een verrassend korte zaadverspreidingsafstand voor deze soort." Sindsdien hebben ze chloroplast-sequentiegegevens verzameld van zes verschillende plantensoorten die hun zaden op verschillende manieren verspreiden, en zullen CallHap gebruiken om te onderzoeken hoe hun zaadverspreidingsmethoden zouden kunnen presteren als reactie op klimaatverandering.

Naast het verschaffen van inzicht in zaadverspreiding, de CallHap-pijplijn kan worden gebruikt om de relaties van andere soorten genomen te schatten die zijn geërfd van een enkele ouder, inclusief mitochondriën, en om de verspreiding van bacteriën en virussen te onderzoeken.