За да разберат какво ядат пчелите, учените преброяват зърна полен и обработват милиони ДНК последователности - доста бавен процес. Суперкомпютрите и методът на метабаркодиране опростяват тези задачи, помагайки на учените да подобрят пейзажа на тези най-важни опрашители.

какво

  • Суперкомпютрите плюс последователността на ДНК разкриват съдържанието на диетите на пчелите.
  • Техниката на метабаркодиране бързо изолира отделни поленови зърна.
  • Суперкомпютрите в Центъра за суперкомпютри в Охайо призоваха да обработват милиони ДНК последователности.

Една от най-добрите части от нашата работа тук в Science Node е, че никога няма да има недостиг на готини технически истории, за които да пишете. Но с толкова много наука, която да следваме, някои от най-добрите идеи се губят при разбъркването. За да коригираме това, ние ви предлагаме някои от любимите ни истории, в случай че сте ги пропуснали за първи път.

За да разкрият на какви растения разчитат медоносните пчели, изследователи от Държавния университет в Охайо използват най-новата технология за секвениране на ДНК и суперкомпютър. Те прекараха месеци в събиране на цветен прашец от кошерите и са разработили многолокусен метабаркодиращ подход, за да идентифицират кои растения и какви пропорции от всяко от тях присъстват в пробите на полени.

Една колония може да събира прашец от десетки различни растителни видове и този прашец е полезно доказателство за хранителното поведение на колонията и хранителните предпочитания.

„Познаването на степента, в която се подлагат на добив определени растения, ни позволява да направим извод за неща като потенциала за излагане на пестициди в даден пейзаж, предпочитанието на някои растителни видове пред други и степента, до която някои растителни видове допринасят за медоносната пчела диета ”, казва аспирантът Родни Ричардсън. „Един от основните интереси на нашата лаборатория е изследването на предпочитанията за хранене на медоносни пчели, за да можем да подобрим пейзажите, за да поддържаме стабилни популации от медоносни пчели.“

За Ричардсън и неговите колеги метабаркодирането е ключово за това изследване. Това е метод за ДНК анализ, който позволява на изследователите да идентифицират биологични проби.

Метабаркодирането работи чрез сравняване на „маркери“ на кратки генетични последователности от неидентифицирани биологични образци с библиотеки с известни референтни последователности. Може да се използва за откриване на биологични замърсители в храната и водата, характеризиране на диетата на животните от проби от тор и дори тестване на въздушни проби за бактерии и гъбични спори. В случай на цветен прашец, това може да спести безброй часове на идентифициране и преброяване на отделни поленови зърна под микроскоп.

Ричардсън и колегите му създадоха новия метод на метабаркодиране, използвайки три специфични местоположения в генома или локусите като маркери. Те откриха, че използването на множество локуси едновременно дава най-добрите резултати от метабаркодиране на полени. Цялата процедура, включително екстракция на ДНК, секвениране и анализ на маркери, е описана в ноемврийския брой на Applications in Plant Sciences.

За да разработят новия метод, изследователите се нуждаят от достатъчно мощна машина за обработка на милиони ДНК последователности. За тази работа екипът се обърна към суперкомпютърния център на Охайо.

„Като изследовател се чувствате като дете в магазин за бонбони“, казва Ричардсън. „Можете да анализирате огромни масиви от данни за един миг и да експериментирате с бързо развиващия се свят на софтуера за биоинформатика с отворен код, както и огромното количество публично достъпни данни от предишни проучвания.“

В предишни експерименти с метабаркодиране изследователите са работили единствено с маркер, открит в ядрения геном, наречен ITS2, който, макар и успешно да идентифицира растителни видове, присъстващи в пробите на полени, не може да произведе количествени измервания на пропорциите на всеки.

Докато търсели нещо по-добро, те решили да тестват два маркера от пластидния геном. По-рано се смяташе, че прашецът рядко съдържа пластиди, но скорошни проучвания показаха обещание за баркодиране на полени на базата на пластид. Ричардсън и колегите му установиха, че комбинираните данни от двата пластидни маркера, rbcL и matK, успешно корелират с микроскопски измервания на изобилието на полени.

„Като изследовател се чувствате като дете в магазин за бонбони“, казва Ричардсън. "Можете да анализирате огромни масиви от данни за един миг."

Новият метод на многолокусно метабаркодиране включва и трите маркера и може да служи като ценен инструмент за изследване на местните видове пчели, които включват местни пчелни съобщества.

„С инструмент като този бихме могли по-лесно да оценим на какви растения разчитат различните видове пчели, като спомагаме за увеличаване на популациите им, както и на икономическите и екологичните услуги, които предоставят на нашите селскостопански и природни пейзажи.“ Ричардсън казва: „Докато медоносната пчела се разглежда като най-важният ни икономически опрашител, това е само един от няколкостотинте видове пчели в Охайо, като по-голямата част от тях са силно изучени по отношение на своята фуражна екология.“