Wykorzystanie nowoczesnych technologii sekwencjonowania DNA (NGS) w bankach genów i hodowli roślin. Praca przeglądowa
JOANNA NOCEŃ
Pracownia Gromadzenia i Oceny Roślin, Krajowe Centrum Roślinnych Zasobów Genowych Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin – Państwowy Instytut Badawczy w RadzikowieMARTA PUCHTA
Pracownia Gromadzenia i Oceny Roślin, Krajowe Centrum Roślinnych Zasobów Genowych Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin – Państwowy Instytut Badawczy w RadzikowieJERZY H. CZEMBOR
Pracownia Gromadzenia i Oceny Roślin, Krajowe Centrum Roślinnych Zasobów Genowych Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin – Państwowy Instytut Badawczy w RadzikowieAbstrakt
Technologia sekwencjonowania nowej generacji (NGS – ang. next generation sequencing) jest uniwersalnym narzędziem biologii molekularnej. Jest wykorzystywana do sekwencjonowania genomów i transkryptomów, badania interakcji białko–DNA/RNA, sprawdzania stopnia metylacji oraz do badań metagenomowych. Umożliwia analizę różnych fragmentów DNA reprezentowanych przez wiele kopii w trakcie trwania jednej reakcji, przygotowania biblioteki, a następnie uzyskania gigabaz genomowych z jednego sekwencjonowania. Dzięki temu zwiększona zostaje nie tylko liczba badanych prób, ale także wiarygodność otrzymanych wyników sekwencjonowania. Jest to szczególnie cenne, jeżeli zróżnicowanie między określonymi genotypami jest niewielkie. Koszty oraz czas przeprowadzania reakcji sekwencjonowania w przeliczeniu na jednostkę uzyskanej informacji są wielokrotnie niższe w porównaniu z kosztami analiz prowadzonych z wykorzystywanym dotychczas sekwenatorem kapilarnym. Zastosowanie technologii NGS jest szczególnie przydatne w poznaniu nowych polimorfizmów pojedynczych nukleotydów (SNP) oraz innych wariantów zmienności, np. indeli. Szczegółowa analiza bioinformatyczna wyników umożliwi poznanie zróżnicowania genetycznego roślin w obrębie jednego gatunku, dokładniejsze mapowanie cech ilościowych oraz właściwą identyfikację taksonomiczną obiektów i przypisanie ich do określonego rodzaju, co jest bardzo istotne w kolekcjach banków genów.
Słowa kluczowe:
sekwencjonowanie DNA, sekwencjonowanie nowej generacji (NGS), genotypowanie roślinBibliografia
Ashelford K., Eriksson M.E., Allen C.M., D’Amore R., Johansson M., Gould P., Kay S., 2011. Full genome re-sequencing reveals a novel circadian clock mutation in Arabidopsis. Genome Biol. 12, R28.
Baird N., Etter P., Atwood T., 2008. Rapid SNP Discovery and Genetic Mapping Using Sequenced RAD Markers. PLoS ONE, 3.
Brown T.A., 2001. Genomy. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa, 60–70.
Davey J.W., Blaxter M.L., 2010. RADSeq: next-generation population genetics. Brief Funct Genomics. 9(5–6), 416–423.
Edwards D., Batley J., 2010. Plant genome sequencing – applications for crop improvement. Plant Biotechnol. J. 8, 2–9.
Egan A.N., Schlueter J., Spooner D.M., 2012. Applications of next-generation sequencing in plant biology. Am. J. Bot. 99, 2175–2185.
Franca L.T.C., Carrilho E., Kist T.B.L., 2002. A review of DNA sequencing techniques. Q. Rev. biophys. 35,169–200.
Ginolhac A., Vilstrup J., Stenderup J., Rasmussen M., Stiller M., Shapiro B., Zazula G., Froese D., Steinmann K.E., Thompson J.F., AL-Rasheid K.A.S., Gilbert T.M.P., Willerslev E., Orlando L., 2012. Improving the performance of true single molecule sequencing for ancient DNA. BMC Genomics 13, 177.
Hamilton J.P., Buell R., 2012. Advences in plant genome sequencing. High-Resolution Measurements In Plant Biology. Plant J. 70, 177–190.
Howden B.P., McEvoy C.R.E., Allen D.L., Chua K., Gao W., Harrison P.F., Bell J.,Coombs G., Bennett-Wood V., Porter J.L., Robins-Browne R., Davies J.K., Seemann T., Stinear T.P., 2011. Evolution of multidrug resistance during Staphylococcus aureus infection involves mutation of the essential two component regulator WalKR. PLoS Pathogens 7, e1002359.
Illumina, http://www.illumina.com.
Jiao Y., Peluso P., Shi J., Liang T., Stitzer M.C., Wang B., Campbell M.S., Stein J.C., Wei X., Chin Ch.S., Guill K., Regulski M., Kumari S., Olson A., Gent J., Schneider K.L., Wolfgruber T.K., Maja M.R., Springer N.M., Antoniou E., McCombie W.R., Preston G.G., McMullen M., Ross-Ibarra J., Dawe B.K., 2017. Improved maize reference genome with single-molecule technologies. Nature 10, 1038.
Kotowska M., Zakrzewska-Czerwinska J., 2010. Kurs szybkiego czytania DNA – nowoczesne techniki sekwencjonowania. Biotechnologia 4(91), 24–38.
Levene M.J., Korlach J., Turner S.W., Foquet M., Craighead H.G., Webb W.W., 2003. Zero-mode waveguides for single-molecule analysis at high concentration. Science 299, 682–686.
Lin X., Kaul S., Rounsley S., 1999. Sequence and analysis of chromosome 2 of the plant Arabidopsis thaliana. Nature 402, 761–768.
McCouch S.R., McNally K.L., Wang W., Hamilton R.S., 2012. Genomics of gene banks: A case study in rice. Am. J. Bot. 99, 407–423.
Margulies M., Michael E., William E.A., 2005. Genome sequencing in microfabricated highdensity picolitre reactors. Nature 437, 376–380.
Newman T., De Bruijn F.J., Green P., 1994. Genes galore: a summary of methods for accesing results from large-scale partial sequencing of anonymous Arabidopsis cDNA clones. Plant Physiol. 106, 1241–1255.
Orlando L., Ginolhac A., Raghavan M., Vilstrup J., Rasmussen M., Magnussen K., Steinmann K.E., Kapranov P., Thompson J.F., Zazula G., Froese D., Moltke I., Shapiro B., Hofreiter M., AlRasheid K.A.S., Gilbert T.M.P., Willerslev E., 2011. True Single-Molecule DNA Sequencing of a Pleistocene Horse Bone. Genome Res. 10, 1705–1719.
Orłowska M., Sobczyk M., 2017. Metody sekwencjonowania nowej generacji oraz ich wykorzystanie w genetyce, hodowli i biotechnologii roślin. Aparat. Bad. Dydakt. 22(1), 54–61.
Oxford Nanopore Technologies, http://www.nanoporetech.com.
Oxford Nanopore Technologies (MinION), http://www.nanoporetech.com/products/minion.
Pennisi E., 2010. Semiconductors inspire new sequencing technologies. Science 327, 1190.
Przybecki Z., Wóycicki R., Malepszy S., 2009. Sekrety ogórka nareszcie ujawnione – genom ogórka zsekwencjonowany. Post. Biol. Kom. 39,19–31.
Rothberg J.M., Hinz W., Rearick T.M., Schultz J., Mileski W., Davey M., Leamon J.H. i in., 2011. An integrated semiconductor device enabling non-optical genome sequencing. Nature 475,
–352.
Sanger F., 2001. The Elary days of DNA sequences. Nat. Med. 3, 267–268.
Sanger F., Nicklen S., Coulson A.R., 1977. DNA sequencing with chain-terminating inhibitors. Proc. Nat. Acad. Sci. USA 74(12), 5463–5467.
Scheffler B.E., Kuhn D.N., Motamayor J.C., Schnell R.J., 2009. Efforts towards sequencing the Cacao genome (Theobroma cacao). Plant Anim. Genomes Conf. XVII. San Diego, CA.
Schnable P.S., Ware D., Fulton R.S., 2009. The B73 maize genome: complexity, diversity and dynamics. Science 326, 1112–1115.
Seqll, http://www.seqll.com.
Swaminathan K., Varala K., Moose S.P., Rokhsar D., Ming R., Hudson M.E., 2009. A genome survey of Miscanthus × Giganteus. Plant Anim. Genomes Conf. XVII. San Diego, CA. Shulaev V., Sargent D.J., Crowhurst R.N., Mockler T.C., Folkerts O., Delcher A.L., Jaiswal P., 2011. The genome of woodland strawberry (Fragaria vesca). Nat. Genet. 43, 109–116.
Thompson J.F., Milos P.M., 2011. The properties and applications of single-molecule DNA sequencing. Genome Biol. 12, 217.
Wicker T., Schlagenhauf E., Graner A., Close T.J., Keller B., Stein N., 2006. 454 Sequencing put to the test using the complex genome of barley. BMC Genomics 7, 275.
Whitelaw C.A., Barbazuk W.B., Pertea G., 2003. Enrichment of gene-coding sequences in maize by genome filtration. Science 302, 2118–2120.
Yu J., Hu S., Wang J., 2002. A draft sequence of rice genome (Oryza sativa L. ssp. indica). Science 296, 79–92.
Pracownia Gromadzenia i Oceny Roślin, Krajowe Centrum Roślinnych Zasobów Genowych Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin – Państwowy Instytut Badawczy w Radzikowie
Pracownia Gromadzenia i Oceny Roślin, Krajowe Centrum Roślinnych Zasobów Genowych Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin – Państwowy Instytut Badawczy w Radzikowie
Pracownia Gromadzenia i Oceny Roślin, Krajowe Centrum Roślinnych Zasobów Genowych Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin – Państwowy Instytut Badawczy w Radzikowie
Licencja
Artykuły są udostępniane na zasadach CC BY 4.0 (do 2020 r. na zasadach CC BY-NC-ND 4.0)..
Przysłanie artykułu do redakcji oznacza, że nie był on opublikowany wcześniej i nie jest rozpatrywany do publikacji gdzie indziej.
Autor podpisuje oświadczenie o oryginalności dzieła, wkładzie poszczególnych osób i źródle finansowania.
Samoarchiwizacja
Czasopismo Agronomy Science przyjęło politykę samoarchiwizacji nazwaną przez bazę Sherpa Romeo drogą niebieską. Od 2021 r. autorzy mogą samoarchiwizować postprinty artykułów oraz wersje wydawnicze (zgodnie z licencją CC BY). Artykuły z lat wcześniejszych (udostępniane na licencji CC BY-NC-ND 4.0) mogą być samoarchiwizowane tylko w wersji wydawniczej.
