Pollen DNA barcoding

Pollen DNA barcoding is the process of identifying pollen donor plant species through the amplification and sequencing of specific, conserved regions of plant DNA. Being able to accurately identify pollen has a wide range of applications though it has been difficult in the past due to the limitations of microscopic identification of pollen.^[1]

Pollen identified using DNA barcoding involves the specific targeting of gene regions that are found in most to all plant species but have high variation between members of different species. The unique sequence of base pairs for each species within these target regions can be used as an identifying feature.

The applications of pollen DNA barcoding range from forensics, to food safety, to conservation. Each of these fields benefits from the creation of plant barcode reference libraries.^[2] These libraries range largely in size and scope of their collections as well as what target region(s) they specialize in.

One of the main challenges of identifying pollen is that it is often collected as a mixture of pollen from several species. Metabarcoding is the process of identifying the individual species DNA from a mixed DNA sample and is commonly used to catalog pollen in mixed pollen loads found on pollinating animals and in environmental DNA (also called eDNA) which is DNA extracted straight from the environment such as in soil or water samples.^[3]

من أبرز معوقات التحديد المجهري الحاجة إلى الخبرة والوقت. يتطلب تحديد حبوب اللقاح مجهريًا مستوى عالٍ من الخبرة في خصائص حبوب اللقاح للنباتات المدروسة. ومع ذلك، حتى مع الخبرة، قد يكون من الصعب للغاية تحديد حبوب اللقاح بدقة عالية وتصنيف دقيق . ^{[ 1 ]} أما المهارات اللازمة لترميز الحمض النووي فهي أكثر شيوعًا ^{[ 4 ]،} مما يجعل هذا النهج أسهل في التطبيق. وقد ازدادت شعبية ترميز الحمض النووي لحبوب اللقاح نظرًا لانخفاض التكاليف المرتبطة بتقنيات "التسلسل من الجيل التالي" (NGS) ^{[ 5 ]} ، ويجري تحسين كفاءتها باستمرار، بما في ذلك استخدام نهج الفهرسة المزدوجة. ^{[ 6 ]} ومن المزايا الرئيسية الأخرى توفير الوقت والموارد مقارنةً بالتحديد المجهري. فتحديد حبوب اللقاح عملية تستغرق وقتًا طويلاً، إذ تتضمن نشر حبوب اللقاح على شريحة، وتلوينها لتحسين الرؤية، ثم التركيز على كل حبة لقاح على حدة وتحديدها بناءً على الحجم والشكل، بالإضافة إلى شكل وعدد المسام. ^{[ 7 ]} إذا لم تكن مكتبة مرجعية لحبوب اللقاح متاحة، فيجب جمع حبوب اللقاح من العينات البرية أو من عينات المعشبة ثم إضافتها إلى مكتبة مرجعية لحبوب اللقاح.

قد يكون من الصعب تحديد النباتات النادرة التي يزورها بعض الملقحات، ^{[ 8 ]} ولكن باستخدام تقنية الترميز الجيني لحبوب اللقاح، يمكن للباحثين الكشف عن التفاعلات "الخفية" بين النباتات والملقحات. ^{[ 9 ]}

تُطرح العديد من التحديات عند تطبيق الترميز الجيني لحبوب اللقاح. فعملية تضخيم الحمض النووي قد تؤدي إلى الكشف حتى عن أجزاء صغيرة من الحمض النووي النباتي، بما في ذلك تلك الناتجة عن ملوثات العينة. لذا، تُعدّ الإجراءات الصارمة لمنع التلوث ضرورية، ويمكن تسهيل ذلك بفضل صلابة غلاف حبوب اللقاح، مما يسمح بغسلها من الملوثات دون إتلاف الحمض النووي الداخلي.

لا تزال مكتبات مرجعية لترميز الحمض النووي قيد الإنشاء، ويجري اعتماد مناطق مستهدفة موحدة تدريجياً. من المرجح أن تعود هذه التحديات إلى حداثة تقنية ترميز الحمض النووي، ومن المتوقع أن تتحسن مع ازدياد استخدامها كأداة من قبل علماء التصنيف.

قد يكون تحديد كمية كل مساهمة في حمولة حبوب اللقاح المختلطة أمرًا صعبًا باستخدام الترميز الجيني للحمض النووي. ومع ذلك، تمكن العلماء من مقارنة كميات حبوب اللقاح عن طريق ترتيبها حسب الأهمية. ^{[ 10 ]}

استُخدمت عدة مناطق مختلفة من الحمض النووي النباتي كأهداف للترميز الجيني، بما في ذلك rbcL ^{[ 2 ]} ، وmatK ^{[ 12 ]} ، وtrnH-psbA ^{[ 13 ]} ، و ITS1 ^{[ 14 ]} ، وITS2. وقد وُصي باستخدام مزيج من rbcL وmatK في الترميز الجيني للحمض النووي النباتي. وتبين أن trnL أفضل للحمض النووي المتدهور، بينما ITS1 أفضل للتمييز بين الأنواع داخل الجنس الواحد. ^{[ 15 ]}

• العوالق الهوائية