Genetyczne znaczniki gatunków roślin

DNAUdała się uczynić kolejny krok w opracowaniu uniwersalnych znaczników DNA (ang. genetic barcodes) dla świata roślin. Wyróżnione przez nich dwa geny pozwalają rozpoznać większość gatunków.

Znaczniki DNA mają pełnić podobną funkcję jak paski kreskowe na opakowaniach produktów w sklepach. Szybką i łatwą ich identyfikację. Podobne znaczniki od wielu lat stosowane są u zwierząt. Jednak w ich królestwie występuje dużo większa zmienność genetyczna i łatwiej jest taki znaczni dla gatunku czy grupy gatunków opracować. Na ogół opiera się na DNA mitochondrialnym, genie CO1, którego w komórkach zwierząt jest wiele kopii i jest wystarczająco zróżnicowany aby w niektórych przypadkach rozpoznać nie tylko poszczególne gatunki ale i osobniki w danej populacji.

Zróżnicowanie DNA w świecie roślin jest dużo mniejsze niż u zwierząt, dlatego ustalenie unikalnych fragmentów, które mogłyby różnicować poszczególne gatunki jest dużym osiągnięciem.

Trwające cztery lata badania przeprowadził międzynarodowy zespół 52 naukowców z różnych placówek pracujących przy Consortium for the Barcode of Life (CBOL) z siedzibą w Smithsonian National Museum of Natural History w Waszyngtonie. W celu znalezienia odpowiednich fragmentów przebadano 907 różnych prób. Badania pozwoliły na wyróżnienie 7 regionów pretendujących do miana takich znaczników. Czterech genów (matK, rbcL, rpoB, rpoC1) i trzech fragmentów niekodujących (atpF–atpH, trnH–psbA, psbK–psbI). Ponieważ znaczniki te dają różną skuteczność rozróżniania roślin, w świecie naukowców nie było zgody, które powinny pełnić rolę znaczników uniwersalnych. Przedstawiane próbne badania znaczników i ich kombinacji dawały możliwość rozpoznawania pojedynczych gatunków z skutecznością 38-76%. Próbując wyróżnić najbardziej korzystne fragmenty skupiono się na ich skuteczności w różnicowaniu gatunków, łatwości pozyskania prób z roślin oraz łatwości odczytania niezbędnej do dalszych porównań sekwencji DNA. Wyniki pracy pozwoliły na zarekomendowanie dwóch fragmentów DNA roślin rbcL i matK. Skuteczność ich działania przetestowano na 400 gatunkach. Znaczniki wystarczyły do prawidłowego zidentyfikowania 72 procent gatunków, a pozostałe umieścić w odpowiednich grupach. Szacunkowo pozwalałoby to na trafne rozpoznawanie około 400 tysięcy gatunków roślin.

Identyfikacja roślin na podstawie uniwersalnych znaczników genetycznych jest szczególnie ważna dla gatunków blisko spokrewnionych trudnych do rozróżnienia zwłaszcza poza okresem kwitnienia. Szczególnego znaczenia nabiera dla wpisanych na czerwoną listę gatunków ginących, których obecnie jest ponad 12 tysięcy i cały czas przybywa. Duże znaczenie ma także w składach celnych, lecznictwie, gdzie identyfikacji często należy dokonać na podstawie niewielkich fragmentów roślin.

Podobne programy znalezienia uniwersalnych znaczników prowadzone są dla grzybów, niektórych grup mikroorganizmów, owadów, wpółnago znacznika dla świata roślin i zwierząt.

Źródło:
- nature.com, 27.08.2009r., DNA barcodes for plants a step closer,
- CBOL Plant Working Group, A DNA barcode for land plants, 12794–12797, PNAS, August 4, 2009, vol. 106, no. 31, www.pnas.org_cgi_doi_10.1073_pnas.0905845106.