Why Conduct Chloroplast DNA Sequencing?

Chloroplast DNA sequencing plays a pivotal role in various realms such as plant taxonomy, phylogenetic analyses, population genetics, biodiversity conservation, and agronomic improvement. This methodology empowers us to illuminate the intricate evolutionary connections within plant species and explore genetic diversity, facilitating the identification and enhancement of superior plant varieties.

How Does Chloroplast DNA Differ from Nuclear DNA?

Chloroplast DNA, a compact circular molecule ensconced within the chloroplast, chiefly orchestrates vital processes like photosynthesis. In contrast, nuclear DNA abides within the cell nucleus, serving as the primary genetic reservoir in plants housing the majority of genes and genetic data.

How to Extract Chloroplast DNA?

The extraction of chloroplast DNA entails the isolation of chloroplasts from plant tissues, succeeded by the extraction of DNA from these organelles. Techniques commonly employed include mechanical disruption of plant leaves, differential centrifugation for chloroplast isolation, and DNA purification through methods such as CTAB or dedicated commercial kits.

What are the Common Chloroplast DNA Sequencing Methods?

Common sequencing methods include traditional Sanger sequencing and next-generation sequencing (NGS) technologies like Illumina, PacBio , and Oxford Nanopore . NGS technologies have emerged as the mainstream choice for chloroplast DNA sequencing due to their high throughput and relatively lower costs.

How to conduct quality control and contamination assessment?

Quality control steps include using software such as FastQC to check the read length and quality of sequencing data, and removing low-quality reads. Contamination assessment involves aligning reads to known databases to detect possible exogenous DNA contamination.

What is personalized analysis?

Personalized analysis is a customized analysis of sequencing data based on specific research needs. For example, in-depth study can be conducted on specific genes, or differences in chloroplast genomes of different samples can be compared.

What is Refseq chloroplast database alignment?

Refseq chloroplast database alignment is aligning sequencing data to known chloroplast genome sequences in the Refseq database for gene annotation, variant detection, and phylogenetic analysis. This helps to confirm the accuracy and completeness of sequencing results.

What are the applications of chloroplast DNA sequencing?

Phylogenetics: Unraveling the evolutionary relationships among plants. Population Genetics : Investigating genetic diversity within populations and gene flow. Conservation Biology: Formulating conservation strategies to safeguard endangered species. Agriculture and Breeding: Selecting and improving superior crop varieties for agricultural advancement. These applications underscore the versatility and significance of chloroplast DNA sequencing in elucidating evolutionary, ecological, and agricultural phenomena.

Chloroplast-DNA (cpDNA) Sequenzierung

Was ist die Sequenzierung von Chloroplasten-DNA (cpDNA)?

Chloroplasten sind Organellen, die in Pflanzenzellen und eukaryotischen Algen vorkommen und die Photosynthese durchführen. Sie sind nicht nur für das Leben der Pflanzen, sondern für das gesamte Leben auf der Erde unerlässlich. Chloroplasten enthalten, ähnlich wie Mitochondrien, ihre eigene DNA, die aus etwa 130 Genen besteht, die an der Photosynthese und anderen wichtigen Stoffwechselprozessen beteiligt sind. Die Chloroplastengenome zeigen sowohl innerhalb als auch zwischen den Arten erhebliche Variationen, die Einblicke in die Phylogenie und evolutionäre Anpassung bieten. Chloroplasten führen auch eine Reihe anderer Funktionen aus, einschließlich der Fettsäuresynthese, der Synthese vieler Aminosäuren und der Immunantwort in Pflanzen.

Chloroplast image.

Die Sequenzierung der Chloroplasten-DNA (cpDNA) ist ein Hochdurchsatz-Sequenzierung von Pflanzenchloroplastengenomen unter Verwendung von Illumina und PacBio-Plattformen eine eingehende Analyse von Sequenzinformationen durchzuführen. Durch vergleichende genomische Analysen werden Informationen wie die Klassifikation von Arten, phylogenetische Evolution, geografische Vererbungslinien, Krankheitsdiagnosen und forensische Wissenschaften gewonnen, die ihre wichtige Rolle bei der Herkunft von Arten, der biologischen Evolution und der genetischen Beziehung zwischen verschiedenen Arten aufzeigen.

Wenn Sie mehr über Chloroplasten erfahren möchten, können Sie auf unseren Artikel "Chloroplast-Faktenblatt: Definition, Struktur, Genom und Funktion."

Vorteile unseres cpDNA-Sequenzierungsdienstes

Flexibles experimentelles Protokoll: geeignete Sequenzierungslösungen entsprechend den unterschiedlichen Bedürfnissen annehmen
Starkes Bioinformatik-Team: Neben der Bereitstellung standardmäßiger Bioinformatik-Dienstleistungen bietet es auch personalisierte an. Bioinformatik Dienstleistungen
Erfahren: Die Chloroplastensequenzierung mehrerer Arten wurde abgeschlossen.
Kostenwirksam und zeiteffizient

Chloroplast-DNA (cpDNA) Sequenzierungs-Workflow

CD Genomics nutzt mehrere Plattformen, um schnelle und präzise Chloroplasten-DNA (cpDNA) Sequenzierungsdienste und bioinformatische Analysen anzubieten. Unsere hochqualifizierten Experten führen das Qualitätsmanagement durch und folgen jedem Verfahren, um hochwertige Ergebnisse sicherzustellen. Der allgemeine Arbeitsablauf für die Chloroplasten-DNA (cpDNA) Sequenzierung ist unten skizziert.

Workflow Diagram of Chloroplast DNA (cpDNA) Sequencing.

Dienstspezifikationen

	Musteranforderungen Pflanzengewebe (Grüngewebe) ≥ 5 g Hinweis: Musterbeträge sind nur zur Referenz aufgeführt. Für detaillierte Informationen wenden Sie sich bitte an Kontaktieren Sie uns mit Ihren maßgeschneiderten Anfragen.
Klicken	Sequenzierungsstrategien Illumina Hiseq PE150; Mindestens 2G Daten pro Probe (Sequenzdaten sind 0,5-1 Mal das nukleare Genom) PacBio-Plattform: Bibliotheksgröße: 2K; Mindestens 50X Daten pro Probe MGI DNBSEQ-T7/DNBSEQ-G400
	Datenanalyse Datenqualitätskontrolle Saubere Datenzusammenstellung Chloroplast-Genomannotation Chloroplast-Genomkarte Vergleichende genomische Analyse Phylogenetische Analyse, Artenidentifikation Weitere Datenanalysen auf Anfrage. Hinweis: Die empfohlenen Datenoutputs und Analyseinhalte, die angezeigt werden, dienen nur zur Referenz. Für detaillierte Informationen, bitte Kontaktieren Sie uns mit Ihren maßgeschneiderten Anfragen.

Analyse-Pipeline

The Data Analysis Pipeline of Chloroplast DNA (cpDNA) Sequencing.

Liefergegenstände

Die ursprünglichen Sequenzierungsdaten
Experimentelle Ergebnisse
Datenanalysebericht
Details zur Sequenzierung von Chloroplasten-DNA (cpDNA) für Ihr Schreiben (Anpassung)

CD Genomics bietet ein kosteneffizientes Protokoll für die cpDNA-Sequenzierung an, das die DNA-Vorbereitung, die Anreicherung von Chloroplasten, die Sequenzierung und die Analyse des gesamten Chloroplastengenoms aus Gesamt-DNA-Proben umfasst. Wir können diese Pipeline an Ihr Forschungsinteresse anpassen. Wenn Sie zusätzliche Anforderungen oder Fragen haben, zögern Sie bitte nicht, uns zu kontaktieren.

Demonstrationsergebnisse

The Chloroplast DNA (cpDNA) Sequencing Results Display Figure.

FAQs zur Chloroplasten-DNA (cpDNA) Sequenzierung

1. Warum Chloroplasten-DNA-Sequenzierung durchführen?

Die Sequenzierung von Chloroplasten-DNA spielt eine entscheidende Rolle in verschiedenen Bereichen wie der Pflanzentaxonomie, phylogenetischen Analysen, Populationsgenetik, Biodiversitätserhaltung und agrarischer Verbesserung. Diese Methodik ermöglicht es uns, die komplexen evolutionären Verbindungen innerhalb von Pflanzenarten zu beleuchten und die genetische Vielfalt zu erforschen, was die Identifizierung und Verbesserung überlegener Pflanzenvarianten erleichtert.

2. Wie unterscheidet sich die DNA der Chloroplasten von der nukleären DNA?

Chloroplast-DNA, ein kompaktes zirkuläres Molekül, das im Chloroplasten eingebettet ist, steuert hauptsächlich wichtige Prozesse wie die Photosynthese. Im Gegensatz dazu befindet sich die nukleare DNA im Zellkern und dient als primärer genetischer Speicher in Pflanzen, der die Mehrheit der Gene und genetischen Daten enthält.

3. Wie man Chloroplasten-DNA extrahiert?

Die Extraktion von Chloroplasten-DNA umfasst die Isolierung von Chloroplasten aus Pflanzengeweben, gefolgt von der Extraktion von DNA aus diesen Organellen. Häufig verwendete Techniken sind die mechanische Zerstörung von Pflanzenblättern, die differentielle Zentrifugation zur Isolierung von Chloroplasten und die DNA-Reinigung durch Methoden wie CTAB oder spezielle kommerzielle Kits.

4. Was sind die gängigen Methoden zur Sequenzierung von Chloroplasten-DNA?

Zu den gängigen Sequenzierungsmethoden gehören traditionelle Sanger-Sequenzierung und Next-Generation-Sequenzierung (NGS) Technologien wie Illumina, PacBiound Oxford NanoporeNGS-Technologien haben sich aufgrund ihrer hohen Durchsatzrate und vergleichsweise niedrigeren Kosten als die gängige Wahl für die Sequenzierung von Chloroplasten-DNA etabliert.

5. Wie führt man Qualitätskontrolle und Kontaminationsbewertung durch?

Die Schritte zur Qualitätskontrolle umfassen die Verwendung von Software wie FastQC, um die Lese- und Qualitätslängen der Sequenzierungsdaten zu überprüfen und niedrigqualitative Reads zu entfernen. Die Kontaminationsbewertung beinhaltet das Ausrichten der Reads an bekannten Datenbanken, um mögliche exogene DNA-Kontaminationen zu erkennen.

6. Was ist personalisierte Analyse?

Personalisierte Analysen sind maßgeschneiderte Analysen von Sequenzierungsdaten, die auf spezifische Forschungsbedürfnisse basieren. Zum Beispiel kann eine eingehende Studie zu bestimmten Genen durchgeführt oder der Unterschied in den Chloroplastengenomen verschiedener Proben verglichen werden.

7. Was ist die Ausrichtung der Refseq-Chloroplastendatenbank?

Die Refseq-Chloroplastdatenbank-Ausrichtung gleicht Sequenzierungsdaten mit bekannten Chloroplastengenomsequenzen in der Refseq-Datenbank ab, um Genannotationen, Variantenentdeckungen und phylogenetische Analysen durchzuführen. Dies hilft, die Genauigkeit und Vollständigkeit der Sequenzierungsergebnisse zu bestätigen.

8. Was sind die Anwendungen der Chloroplasten-DNA-Sequenzierung?

Phylogenetik: Entschlüsselung der evolutionären Beziehungen zwischen Pflanzen.
PopulationsgenetikUntersuchung der genetischen Vielfalt innerhalb von Populationen und des Genflusses.
Naturschutzbiologie: Entwicklung von Schutzstrategien zum Schutz bedrohter Arten.
Landwirtschaft und Zucht: Auswahl und Verbesserung überlegener Pflanzenarten für den landwirtschaftlichen Fortschritt.

Diese Anwendungen unterstreichen die Vielseitigkeit und Bedeutung der Sequenzierung von Chloroplasten-DNA zur Aufklärung von evolutionären, ökologischen und landwirtschaftlichen Phänomenen.

Chloroplast-DNA (cpDNA) Sequenz-Fallstudien

Chloroplast-Genomassemblierungen und vergleichende Analysen von kommerziell wichtigen Heidelbeere Beerenkulturen

Journal: Wissenschaftliche Berichte

Impactfaktor: 4,6

Veröffentlicht: 14. Dezember 2022

Hintergrund

Die Gattung Vaccinium umfasst über 450 Arten mit wichtigen Handelsfrüchten wie Heidelbeeren, Preiselbeeren, Waldheidelbeeren und Moltebeeren. Diese Beeren sind wirtschaftlich bedeutend und werden aufgrund ihres Nährwerts weit konsumiert. Die taxonomische Klassifikation innerhalb Heidelbeere ist komplex aufgrund phänotypischer Variabilität und Hybridisierung. Die Sequenzierung des Chloroplastengenoms bietet Potenzial für eine bessere taxonomische Auflösung, Züchtung, Biotechnologie und Produktauthentifizierung. Diese Studie berichtet über neue Chloroplastengenome für Schlüssel Vaccinium Arten, die wertvolle Ressourcen für zukünftige Forschung und praktische Anwendungen bereitstellen.

Methoden

Probenvorbereitung:

V. corymbosum hybrid (SHB)
V. virgatum (RB)
V. angustifolium (LB)
DNA-Extraktion

Sequenzierung:

DNA-Bibliotheksvorbereitung
PacBio-Sequenzierung
Illumina Whole-Genome-Sequenzierung

Datenanalyse:

Montage und Polieren
Genannotierung
Vergleichende Analysen
SSRs und Indel-Erkennung

Ergebnisse

Die Chloroplasten-Genome von fünf Vaccinium-Arten wurden unter Verwendung von PacBio-Langlese für SHB und Rabbiteye assemblierte, was zu vollständigen lückenlosen Sequenzen führte. Für NHB, Lowbush und Heidelbeere wurden Illumina-Kurzlese verwendet, was Assemblierungen mit einigen Lücken ergab. Die finalen cpDNA-Sequenzen wiesen eine quadripartite Struktur auf, die große und kleine Einzelkopien sowie ein Paar invertierte Wiederholungen umfasste.

Fig. 1. Circular representation of the chloroplast genome of 'Arcadia' southern highbush blueberry (Vaccinium corymbosum hybrids). (Fahrenkrog et al., 2022) Abb. 1. Zirkuläre Chloroplastengenomkarte der Südhügelig-Heidelbeere cv. 'Arcadia'V. corymbosum Hybriden).

Fig. 2. Multiple sequence alignment of chloroplast genomes from Vaccinium species conducted using mVISTA. (Fahrenkrog et al., 2022) Abb. 2. Multiple Sequenzalignment von Heidelbeere Chloroplast-Genome-Analysen wurden mit mVISTA durchgeführt.

Die Chloroplasten-DNA (cpDNA) von fünf Vaccinium-Arten (SHB, NHB, Rabbiteye, Lowbush und Heidelbeere) wurde zusammen mit der Cranberry-cpDNA aus GenBank annotiert. Jede cpDNA enthielt 112 einzigartige funktionale Gene, mit einer gewissen Variabilität in der Anzahl der Genkopien. Die meisten Gene wurden im großen Einzelkopie (LSC)-Bereich gefunden, während die kleine Einzelkopie (SSC) und die inversen Wiederholungen (IRs) weniger Gene enthielten.

Die vergleichende Analyse zeigte eine hohe Erhaltung und Syntenie unter den cpDNAs, wobei die meisten Unterschiede in nicht-kodierenden Regionen und an den IR-Grenzen lagen. Einfache Sequenzwiederholungen (SSRs) und Insertion-Deletion-Polymorphismen wurden analysiert, wobei 10 polymorphe SSR-Loci identifiziert wurden, die für die Speziesdifferenzierung nützlich sind. Zwei spezifische Marker, "rpl36-rps8" und "rpoB-rpoA (3)", wurden identifiziert, um alle sechs kommerziell relevanten Vaccinium-Arten zu unterscheiden.

Fazit

Diese Studie stellte die Chloroplastengenome von fünf wichtigen Vaccinium-Arten zusammen und zeigte eine hohe Erhaltung, jedoch einige Variabilität in nicht-kodierenden Regionen. Vergleichende Analysen identifizierten Regionen, die nützlich sind, um diese Arten zu unterscheiden, und hoben evolutionäre Muster innerhalb der Hochbusch-Heidelbeeren hervor. Weitere Chloroplastengenome werden die weitere Forschung und das Verständnis der Evolution von Vaccinium-Kulturen unterstützen.

Referenz:

Fahrenkrog, A.M., Matsumoto, G.O., Toth, K. et al. Chloroplast-Genomassemblierungen und vergleichende Analysen von kommerziell wichtigen Heidelbeere Beerenkulturen. Wissenschaftliche Berichte 12, 21600 (2022).