Повторы простых последовательностей хлоропластов или микросателлиты (cpSSR) – короткие повторяющиеся фрагменты ДНК, которые отмечают определенные места в геноме растения. Маркеры cpSSR используются для изучения эволюции растений, такой как селекция и гибридизация сельскохозяйственных видов, а также генетическое разнообразие растений, требующих сохранения. Они особенно полезны для различения групп растений и выяснения их эволюционных взаимоотношений.
Грегори Уиллер, доцент Лиза Уоллес и его коллеги обнаружили, что исследования растений, в которых используются cpSSR, растут.
Количество исследований растений с использованием cpSSR удвоилось за последние десять лет. С 1995 года cpSSR использовались для изучения диких и культурных растений из 85 различных семейств растений, наиболее распространенным из которых является история сосновых деревьев (семейство Pinaceae) во время последнего ледникового периода.
Многие исследовательские лаборатории растений обращаются к новейшим методам секвенирования следующего поколения для сбора молекулярно-генетических данных, поскольку эти методы позволяют получить более полный «отпечаток пальца» ДНК растений.
Однако, как указывает Уоллес, «по-прежнему существует множество лабораторий, у которых нет финансовых или геномных ресурсов, чтобы сделать возможными методы секвенирования следующего поколения."
Опубликованный обзор с подробным описанием статуса cpSSR в генетике растений опубликован в недавнем выпуске Applications in Plant Sciences.
Поскольку cpSSR остается популярным методом, Уиллер и его коллеги изучили их риски и преимущества, чтобы выявить наиболее подходящие и информативные научные вопросы, на которые cpSSR могут ответить в будущих исследованиях.
Самая распространенная проблема, связанная с cpSSR, на которую было проверено менее 33 процентов исследований, называется гомоплазией размера.
Гомоплазия размера возникает, когда мутации в ДНК возникают независимо, в результате чего ДНК разных растений ложно кажутся похожими в результате эволюционного происхождения. Гомоплазия размера может привести ученых к переоценке родства растений.
Чтобы проиллюстрировать риски размерной гомоплазии, Уиллер и его коллеги взяли из своих собственных данных о растении рода Acmispon, члена семейства гороховых, встречающихся по всей Калифорнии, США. Четыре из девяти протестированных локусов проявляли гомоплазию размера внутри или между видами. «Я был удивлен, обнаружив отсутствие тестирования гомоплазии в исследованиях cpSSR, учитывая, насколько часто мы обнаруживаем его в нашем собственном наборе данных», – комментирует Уоллес.
Для будущих исследований Уоллес и его коллеги предлагают использовать cpSSR, которые были разработаны для конкретных видов растений. Такой подход может помочь избежать проблем, связанных с гомоплазией размеров, и ответить на вопросы, связанные с генетической сохранностью и изменчивостью отдельных видов, например тех, которые имеют экономическое и экологическое значение.
«За последнее десятилетие произошел значительный переход к методам NGS, – говорит Уоллес, – но наша статья показывает, что cpSSR по-прежнему являются полезным типом маркера для многих исследовательских групп в фундаментальных и прикладных науках о растениях.«По мере увеличения числа генетических инструментов для исследования растений, Уоллес отмечает, что доступность новых исследовательских систем будет продолжать расти, открывая новые возможности для использования cpSSR в биологии растений.