El código de barras del ADN del polen es el proceso de identificación de especies de plantas donantes de polen mediante la amplificación y secuenciación de regiones específicas conservadas del ADN de las plantas . Ser capaz de identificar con precisión el polen tiene una amplia gama de aplicaciones, aunque ha sido difícil en el pasado debido a las limitaciones de la identificación microscópica del polen. [1]
El polen identificado mediante códigos de barras de ADN implica la orientación específica de las regiones de genes que se encuentran en la mayoría de las especies de plantas, pero que tienen una gran variación entre los miembros de diferentes especies. La secuencia única de pares de bases para cada especie dentro de estas regiones objetivo se puede utilizar como característica de identificación.
Las aplicaciones de los códigos de barras del ADN del polen van desde la medicina forense hasta la seguridad alimentaria y la conservación . Cada uno de estos campos se beneficia de la creación de bibliotecas de referencia de códigos de barras de plantas. [2] Estas bibliotecas varían en gran medida en tamaño y alcance de sus colecciones, así como en las regiones de destino en las que se especializan.
Uno de los principales desafíos de identificar el polen es que a menudo se recolecta como una mezcla de polen de varias especies. La codificación metabar es el proceso de identificar el ADN de una especie individual a partir de una muestra de ADN mixto y se usa comúnmente para catalogar el polen en cargas mixtas de polen que se encuentran en animales polinizadores y en el ADN ambiental (también llamado eDNA) que es ADN extraído directamente del ambiente como muestras de suelo o agua. [3]
Ventajas
Algunas de las principales limitaciones de la identificación microscópica son la experiencia y los requisitos de tiempo. La identificación del polen mediante microscopía requiere un alto nivel de experiencia en las características del polen de las plantas específicas que se están estudiando. Con experiencia, aún puede ser extremadamente difícil identificar el polen con precisión con una alta resolución taxonómica . [1] Las habilidades necesarias para realizar códigos de barras de ADN son mucho más comunes [4], lo que facilita la adopción del enfoque. El código de barras de ADN de polen es una técnica que ha ganado popularidad debido a la disminución de los costos asociados con las técnicas de "secuenciación de próxima generación" (NGS) [5] y se está mejorando continuamente en eficiencia, incluso mediante el uso de un enfoque de indexación dual. [6] Algunas de las otras ventajas importantes incluyen el ahorro de tiempo y recursos en comparación con la identificación microscópica. La identificación del polen requiere mucho tiempo, implica esparcir el polen en un portaobjetos, teñir el polen para mejorar la visibilidad, luego enfocarse en los granos de polen individuales e identificarlos según el tamaño, la forma, así como la forma y el número de poros. [7] Si no se dispone de una biblioteca de referencia de polen, el polen debe recolectarse de especímenes silvestres o de especímenes de herbario y luego agregarse a una biblioteca de referencia de polen.
Las plantas raras visitadas por algunos polinizadores pueden ser difíciles de determinar, [8] mediante el uso de códigos de barras de ADN de polen, los investigadores pueden descubrir interacciones "invisibles" entre plantas y polinizadores. [9]
Desafíos
Existen muchos desafíos cuando se trata de códigos de barras genéticos del polen. El proceso de amplificación del ADN puede significar que se pueden detectar incluso pequeños fragmentos de ADN vegetal, incluidos los de contaminantes a una muestra. Los procedimientos estrictos para prevenir la contaminación son importantes y pueden ser facilitados por la dureza de la capa de polen que permite que el polen sea lavado de contaminantes sin dañar el ADN interno del polen.
Aún se están construyendo bibliotecas de referencia de códigos de barras de ADN y se están adoptando gradualmente regiones objetivo estandarizadas. Es probable que estos desafíos se deban a la novedad de los códigos de barras de ADN y probablemente mejorarán con la adopción más amplia de los códigos de barras de ADN como una herramienta utilizada por los taxónomos.
Determinar la cantidad de cada contribuyente a una carga mixta de polen puede ser difícil de determinar mediante el uso de códigos de barras de ADN. Sin embargo, los científicos han podido comparar las cantidades de polen por orden de clasificación. [10]
Alternativas
Las innovaciones en microscopía automatizada y software de imaginación ofrecen una alternativa potencial en la identificación de polen. Mediante el uso de software de reconocimiento de patrones, los investigadores han desarrollado un software que puede caracterizar imágenes microscópicas de polen basadas en análisis de textura. [11]
Regiones de destino
Ha habido varias regiones diferentes de ADN vegetal que se han utilizado como objetivos para los códigos de barras genéticos, incluidos rbcL, [2] matK, [12] trnH-psbA, [13] ITS1 [14] e ITS2. Se ha recomendado una combinación de rbcL y matK para su uso en códigos de barras de ADN de plantas. Se ha descubierto que trnL es mejor para el ADN degradado e ITS1 es mejor para diferenciar especies dentro de un género. [15]
Aplicaciones
Uso en redes de polinización
Ser capaz de identificar el polen es especialmente importante en el estudio de las redes de polinización que están formadas por todas las interacciones entre plantas y animales que facilitan su polinización. [16] [17] La identificación del polen transportado por los insectos ayuda a los científicos a comprender qué plantas están siendo visitadas por qué insectos. Los insectos también pueden tener características homólogas que los hacen difíciles de identificar y a veces se identifican a través de códigos de barras genéticos [18] (generalmente de la región CO1 [19] [20] ). Todo insecto que visita una flor no es necesariamente un polinizador. [21] Muchos carecen de características como pelos que les permitan transportar polen, mientras que otros evitan las anteras cargadas de polen para robar el néctar. Las redes de polinización se hacen más precisas al incluir qué polen transportan qué insectos. Algunos científicos sostienen que la eficacia de la polinización (PE), que se mide mediante el estudio de las tasas de germinación de las semillas producidas a partir de flores visitadas solo una vez por un solo animal, es la mejor manera de determinar qué animales son polinizadores importantes [22], aunque otros científicos han utilizado Los códigos de barras de ADN para determinar el origen genético del polen que se encuentra en los insectos y han argumentado que esto, junto con otros rasgos, es una buena indicación de la eficacia de la polinización. [23] Al estudiar la composición y estructura de las redes de polinización, los conservacionistas pueden comprender la estabilidad de una red de polinización e identificar qué especies son más importantes y cuáles tienen mayor riesgo de perturbación [24] que conducen a la disminución de polinizadores. [25]
Otra ventaja del código de barras del ADN del polen es que se puede utilizar para determinar la fuente de polen que se encuentra en muestras de insectos de museos, [26] y estos registros de interacciones entre insectos y plantas se pueden comparar con las interacciones modernas para ver cómo las redes de polinización han cambiado con el tiempo [27] debido al calentamiento global, el cambio de uso de la tierra y otros factores.
Forense
Ser capaz de identificar con precisión el polen encontrado en la evidencia ayuda a los investigadores forenses a identificar de qué regiones se originó la evidencia en función de las plantas que son endémicas de esas regiones. [28] Además de esto, los científicos [29] detectaron con éxito el polen atmosférico procedente de granjas ilegales de cannabis, lo que en el futuro podría permitir a los funcionarios encargados de hacer cumplir la ley delimitar las áreas de búsqueda de granjas ilegales.
Polen antiguo
Debido a la estructura resistente del polen que ha evolucionado para sobrevivir siendo transportado a veces a grandes distancias mientras se mantiene intacta la información genética interna, el origen del polen que se encuentra mezclado en sustratos antiguos a menudo se puede determinar a través de códigos de barras de ADN.
Seguridad alimenticia
Las abejas transportan tanto polen como el néctar que se utiliza en la producción de miel. Por motivos de seguridad y calidad de los alimentos, es importante comprender la procedencia vegetal de los productos apícolas consumidos por humanos, incluida la miel, la jalea real y los gránulos de polen. Los investigadores pueden probar en qué plantas se alimentan las abejas y, por lo tanto, el origen del néctar utilizado en la miel recolectando paquetes de polen de las cargas corbiculares de las abejas e identificar el polen a través de la codificación metabar del ADN . [30]
Ver también
- Aeroplancton
Referencias
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