Herbarium collections in molecular genetic studies
| Autor: | Tatjana Gavrilenko |
|---|---|
| Rok vydání: | 2019 |
| Předmět: | |
| Zdroj: | Turczaninowia; Vol 22 No 4 (2019): Turczaninowia; 104-118 Turczaninowia; Том 22 № 4 (2019): Turczaninowia; 104-118 |
| ISSN: | 1560-7267 1560-7259 |
| DOI: | 10.14258/turczaninowia.22.4.12 |
| Popis: | There are more than 3400 scientific herbaria in the world, with about 390 million specimens collected over the past 400 years, which document the Earth’s plant diversity. Information stored in the herbarium collections is not out of date over time and creates the basis for conducting and developing biodiversity research. The real breakthrough in the methodology of studying herbarium specimens over the past two decades has been the use of DNA technology, which has become possible due to the development of more advanced methods of DNA extraction, PCR analysis and sequencing. More often, herbarium specimens are becoming the object of comprehensive studies on systematics and phylogeny, changes in the genetic structure of populations in different historical periods and on the analysis of the gene pool and in studying the history of the introduction of plant species, using both classical botanical methods and involving modern methods of molecular genetics. At the same time, parallel studies of herbarium plants and pathogenic organisms preserved on them are carried out to study historical epiphytoties and the joint evolution of the pathogen-host system. Present review summarizes the recent results of molecular genetic studies of the herbarium collections. Molecular genetic studies of herbarium specimens are associated with a number of methodological difficulties. Analysis of the literature indicates that DNA changes can be caused by various reasons and factors associated with both plant herbarization and with long-term storage of herbarium specimens. In a number of studies, the dependence of the quality of isolated DNA on the age of the herbarium specimen, as well as on the state of the stored plants, has been demonstrated. Moreover, the rate of fragmentation of nuclear and plastid DNA in herbarium plants may vary. The use of modified techniques aimed at the removal of oxidized polyphenols and the extraction of even small fragments allows to overcome the problems of drug contamination and the loss of significant fractions of the degraded DNA during isolation. The prospects for studies of herbarium collections using NGS analysis, which removes many methodological limitations, are considered. В мире существует более 3400 научных гербариев, насчитывающих около 390 миллионов образцов, собранных за последние 400 лет, которые документируют растительное разнообразие Земли. Информация, хранящаяся в виде гербарных коллекций, не устаревает со временем и создает фундамент для проведения исследований по биоразнообразию. Настоящим прорывом в методологии изучения гербарных образцов в последние два десятилетия явилось привлечение ДНК-технологий, что стало возможным благодаря разработке все более совершенных методов выделения ДНК, ПЦР-анализа и секвенирования. Все чаще гербарные образцы становятся объектом комплексных исследований по систематике и филогении, изменению генетической структуры популяций в различные исторические периоды, изучению генофонда и истории интродукций отдельных видов растений как с использованием классических ботанических методов, так и с привлечением методов молекулярной генетики. Для изучения исторических эпифитотий и ко-эволюции системы патоген-хозяин проводятся параллельные исследования гербарных растений и сохранившихся на них вредных организмов. В данном обзоре рассмотрены перечисленные выше направления исследований гербарных коллекций, выполненные с привлечением молекулярно-генетических методов. Молекулярно-генетические исследования гербарных образцов сопряжены с рядом методических трудностей. Анализ литературных данных указывает, что изменения ДНК могут быть вызваны различными причинами и факторами, связанными как с гербаризацией растений, так и с длительным хранением гербарных образцов. В ряде работ показана зависимость качества выделенной ДНК от возраста гербарного образца, а также от состояния сохраняемых растений. При этом скорость фрагментации ядерной и пластидной ДНК у гербарных растений может различаться. Использование модифицированных методик, направленных на удаление окисленных полифенолов и выделение даже небольших фрагментов, позволяет преодолевать проблемы загрязнения препаратов и потерь значительных фракций деградированной ДНК при выделении. Рассмотрены перспективы исследований гербарных коллекций с использованием методов секвенирования нового поколения (NGS-анализа), которое снимает многие методические ограничения. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
|