Große Phylogenien, die Hunderte oder Tausende einzelner Arten umfassen, werden oft unter Verwendung von Sequenzen aus einer kleinen Anzahl genetischer Loci zusammengestellt, die in Online-Datenbanken wie Genbank verfügbar sind. Dies kann problematisch sein, da die Phylogenie durch die Anzahl der verfügbaren Loci begrenzt ist und Benutzer auf die genaue taxonomische Identifizierung von Sequenzen vertrauen müssen, die häufig nicht mit bestimmten Probenbelegen verknüpft sind, damit ihre Bestimmungen bestätigt werden können.
Herbarien repräsentieren a riesige und zu wenig genutzte Ressource für die Sequenzierung von Markern aus seltenen und ungewöhnlichen Proben und haben die Vorteile zuverlässiger, überprüfbarer Bestimmungen und leicht verfügbarer morphologischer Informationen. Einige Nachteile von Herbarproben für diese Art von Arbeit sind jedoch die stark fragmentierte DNA, die Belegexemplare normalerweise ergeben, und der Arbeitsaufwand, der mit dem Transport einer großen Anzahl von Proben von Beleg zu Labor zur vollständigen Sequenz verbunden ist.
In einem neuen Artikel, erschienen in Anwendungen in den Pflanzenwissenschaftenstellen die Hauptautoren Ryan A. Folk und Heather R. Kates und ihre Kollegen ein integriertes Managementsystem zur Rationalisierung der gesamten Pipeline von der Probenahme bis zur Sequenzierung vor. Genannt SLIMS (Specimen-to-Laboratory Information Management System)verwendet das System eindeutige Identifikatoren und eine taxonomische Datenbank, die die Probe mit Probenbildern und Nasslaborergebnissen verknüpft. Nach der Probenahme werden verknüpfte Belegbilder auf die Citizen Science-Plattform Notes from Nature hochgeladen, wo Metadaten über die Etikettentranskription generiert werden, während das Gewebe selbst einem Hochdurchsatz-DNA-Extraktions- und Sequenzierungsprotokoll unterzogen wird, das für Herbarproben optimiert ist.
Die Autoren wendeten ihre Management-Pipeline auf eine etwa 15,000 Arten umfassende Phylogenie der stickstofffixierenden Gruppe von Angiospermen an und erstellten einen Datensatz, der etwa 50 % aller Arten in der Gruppe umfasst. Insgesamt führte die Nutzung des Managementsystems dazu, dass die Herbarbeprobung etwa 10 Personenminuten pro Probe und die DNA-Extraktion etwa 5 Personenminuten pro Probe in Anspruch nahm. Die Stichprobenfehlerrate lag bei etwa 1.2 % und die Sequenzierungsfehlerrate bei nur 0.2 %.
Die Autoren haben die Pipeline für ihre spezifischen phylogenetischen Bedürfnisse optimiert, haben sie jedoch eher als eine Reihe modularer Skripte als als ein einziges einheitliches Stück Software angeboten, sodass sie leicht an die Bedürfnisse verschiedener Projekte und Probentypen angepasst werden kann. „Erhebliche Arbeit wurde den Hochdurchsatz-Digitalisierungs-Workflows in Herbarien gewidmet; parallele Methoden zur Ermöglichung anderer nachgelagerter Analysen von Herbarproben könnten es eines Tages ermöglichen, einen Großteil der heutigen Sammlungen mit molekularen und anderen Daten in Verbindung zu bringen, die auf destruktiven Probennahmen beruhen“, schreiben sie. „Wir gehen davon aus, dass Hochdurchsatz-Sampling-Ansätze wie der hier vorgestellte ein Standardbestandteil des Phylogomics-Toolkits in zukünftigen Großprojekten sein werden.“
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