03 Технология штрих -кода ДНК

Professional Mycology Guide
🔬 Mushroom Science 📖 16 minute read 🔴 Advanced
🎯 Почему идентификация ДНК меняет микологии
Когда я впервые идентифицировал грибы в лесу с ручной секвенсором ДНК вручную, я понял, что правила игры микологического языка полностью изменились.Традиционно, мы полагаемся на морфологические характеристики - накаливались капля, расстояние расстояния складок и морфологию кольца - эти методы требуют многолетнего опыта и субъективного суждения.Теперь технология штрих -кода ДНК позволяет любому энтузиасту, который серьезно относится к обучению достичь точности идентификации, близкой к точности экспертов.🍄

Концепция штрих -кода ДНК аналогична товарному сканированию супермаркетов: идентификация видов путем анализа последовательностей в конкретных областях биологической ДНК.Для грибов международно признанной стандартной областью штрих -кода является ее (внутренняя транскрипционная проставка).Эта технология не только решает проблему, которая мучила микологов в течение десятилетий, но также предоставляет беспрецедентно точные инструменты для полевых коллекторов, поваров и исследователей.

🎯 Научная основа штрин -кода ДНК: Почему выбирают ее регион?
📌 Технические детали ее области

Он расположен между геном рибосомной ДНК 18S-5,8S-28S и содержит два проставки: ITS1 и ITS2.Выбор его в качестве грибковой стандартной области штрих -кода основан на четырех ключевых преимуществах:

Идеальное изменение : ее область имеет достаточно большое различие между видами, чтобы различать относительные виды, в то время как изменение внутривисей является относительно небольшим, гарантируя, что отдельные последовательности одного и того же вида в основном согласованы.Фактические данные показывают, что ее область варьируется между видами на 3-15% в большинстве грибковых популяций, в то время как изменение внутривисей обычно составляет менее 1-2%.

Общие праймеры : Исследователи разработали несколько пар универсальных праймеров (такие как ITS1/IT4, ITS5/ITS4), которые могут усилить его области подавляющего большинства грибковых популяций без необходимости разработки конкретных праймеров для каждого вида.

Доменные, богатые : микологи по всему миру имеют совместные базы данных, содержащие миллионы своих последовательностей, такие как системы Unite, Genbank и Bold, обеспечивая прочную основу для сравнения и идентификации.

Легко усилить : ее область имеет умеренную длину (обычно 500-700 пар оснований), а скорость успеха усиления ПЦР высока, и доступные последовательности могут быть получены даже из разлагаемых образцов.

📌 Практический случай: прорыв в идентификации Аманиты в Северной Америке

На северо -западе Тихого океана коллекционеры использовали белую аманиту в качестве съедобного вида в течение многих лет, пока штрих -код ДНК не показал, что на самом деле это был новый вид, близкий к гибели смерти (Amanita Phalloides).Это открытие могло предотвратить многочисленные инциденты отравления.Благодаря анализу последовательности исследователи обнаружили, что этот гриб отличался на 8,7% от известной съедобной аманиты, который был намного выше, чем порог различия видовых классов (обычно 3%).

🍄 Полное руководство по штрих -коду ДНК
📌 Сбор образцов: от поля до лаборатории

Подготовка инструмента сбора :

Эксперты рекомендуют : Обязательно сохраните полное плодоношение во время коллекции, включая основание стебля - здесь расположены многие ключевые функции идентификации.В идеале, люди с множественных этапов развития собираются, никогда не открывая зонтик, пока они не станут полностью зрелыми.

Примерный метод сохранения :

-Крио -хранение: -20 ° C для долгосрочного хранения, -80 ° C Best

📌 Экстракция ДНК: ключевой шаг в высококачественных образцах

Основная домашняя лабораторная программа :

1. Возьмите 50-100 мг сушеных бактериальных тканей и измельчите ее в мелкий порошок с жидким азотом.

2. Добавить буфер экстракции CTAB и купаться в 65 ° C в течение 30 минут

3. Хлороформ-изоамиловый экстракция спирта для удаления белка

4. изопропанол осаждает ДНК

5. промытый 70% этанолом и растворенным в TE Buffer

Выбор коммерческого комплекта : Для начинающих рекомендуется использовать Mini Mini Kit Qiagen Dneasy или комплект Spin Biomedicals FastDNA, с уровнем успеха до 95%, а весь процесс занимает всего 1-2 часа.

Общее избегание ошибок :

📌 ПЦР Усиление и секвенирование: основные технические шаги

Стандарт его схема усиления :

-Выбор праймера: ITS1F (5'-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3 ') и ITS4 (5'-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3')

Выбор секвенирования :

-Секвенирование Sanger: одиночная выборка, стоимость около 10-15 долларов, время переворота 1-3 дня

📌 Анализ и идентификация последовательности: искусство интерпретации данных

Основной процесс :

1. Контроль качества последовательности: удалите области низкого качества и обеспечить значение Q> 30

2. Поиск взрыва: сравнение в базах данных NCBI или Unite

3. Оценка сходства:> 97-99% сходство обычно указывает на один и тот же вид

4. Филогенетический анализ: подтвердите результаты идентификации путем построения дерева эволюции

Практические навыки : Не вслепую верьте в самый высокий результат. Проверьте несколько последовательностей с высоким содержанием, чтобы увидеть их происхождение и качество аннотации.В базах данных UNITE предпочтительны последовательности с цифрами «гипотеза видов», которые профессионально аннотируются и имеют более высокую надежность.

🍄 Основная база данных и ресурсная платформа
📌 Сравнение профессиональной базы данных

База данных Unite (https://unite.ut.ee)

genbank (https://www.ncbi.nlm.nih.gov)

Bold System (http://www.boldsystems.org)

Политика использования базы данных ###

Проверка мультидатабазы ​​: важная аутентификация должна быть подтверждена как минимум в двух независимых базах данных. Если Unite и Bold дают те же результаты, то доверие к значительному улучшению.

Оценить качество последовательности :

🍄 За его пределами: применение других молекулярных маркеров
📌 Вспомогательная система маркировки идентификации

LSU (большая субъединица рибосомальная РНК) :

TEF1-α (коэффициент расширения) :

RPB2 (вторая по величине субъединица РНК -полимеразы) :

📌 Многопланный совместный анализ

Для сложной идентификации объединение нескольких генных маркеров значительно повышает точность.Стандартный многогенный анализ включает его+LSU+RPB2+TEF1-α, и эта комбинация имеет успех почти 100% в различии между относительными видами.

🍄 Практические сценарии применения
📌 Идентификация безопасности съедобных грибов

Тематическое исследование: Комплекс мореля Североамериканского Матроса

Традиционно североамериканские коллекционеры рассматривают все черные сморчники как один и тот же вид.Штрих -код ДНК показывает, что это на самом деле комплекс из 12 различных видов, некоторые из которых имеют ограниченные диапазоны распределения, и стресс сбора может привести к локальному вымиранию.Ответственные и профессиональные коллекционеры в настоящее время проводят валидацию ДНК высоких видов для обеспечения устойчивого сбора.

Проверка подлинности продукта продукта клиента

Лабораторные испытания показали, что 30% грибов «скомкутированных» на рынке на самом деле являются сортами.Используя штрих -коды ДНК, мы можем проверить подлинность заявления поставщика.Особенно подходит для высоких видов, таких как Matsutake, Morel и Chanterelles.

📌 Мониторинг ДНК окружающей среды

Революционные технологии : Извлекать общую ДНК из почвы, воды или воздуха, анализируйте композицию грибкового сообщества посредством высокопроизводительного секвенирования без культивирования или наблюдения фруктовых сущностей.

Практическое применение :

Руководство по эксплуатации на открытом воздухе :

1. Соберите 100-200 г поверхностной почвы (удаление слоя листьев)

2. Используйте стерильные инструменты, чтобы избежать перекрестного загрязнения

3. Охладите немедленно или добавьте буфер хранения

4. Запишите точные координаты GPS и параметры окружающей среды

📌 Применение судебной микологии

В случаях ядовитого грибного отравления анализ ДНК может идентифицировать виды из рвоты, остатков приготовления пищи и даже пищеварительной системы, предоставляя ключевую информацию для медицинских вмешательств.В инциденте с отравлением в Калифорнии в 2019 году были идентифицированы Amanita Phalloides из содержимого желудка через штрих -коды ДНК, и врачи были направлены на использование экспериментальных антидотов для успешного спасения жизни пациентов.

🧬 Portable DNA Technology: идентификация в реальном времени в этой области
📌 Технический прорыв

Oxford Nanopore Minion :

Быстрое устройство ПЦР :

📌 Полевой рабочий процесс

1. на месте сбора и записи образцов на месте

2. Быстрое экстракция ДНК (15 минут)

3. Портативное усиление ПЦР (30 минут)

4. Секвенирование миньона и анализ в реальном времени (1-4 часа)

5. Сравнение базы данных доступа через спутниковую сеть

Практический опыт : В грибковом обследовании в отдаленных районах Монтаны мы использовали эту систему для завершения идентификации на месте 12 образцов за 3 часа, и традиционный метод занял несколько недель.

🍄 Анализ затрат и доступность
📌 текущая структура платы

Business Service (Отправить образец):

-высокопроизводительное секвенирование (на образец): $ 10-25 (в партиях)

План самообслуживания :

📌 Стоимость тенденции к снижению

За последние десятилетия затраты на секвенирование ДНК упали на 1000 раз, с 0,10 долл. США за мегабазу в 2008 году до 0,0001 долл. США в 2023 году.Эта тенденция продолжается, и ожидается, что индивидуальные затраты на идентификацию грибов будут упасть ниже 5 долл. США за время в ближайшие пять лет.

🍄 Руководство по участию в науке граждан
📌 Как участвовать в проекте штрих -кода ДНК

Платформа INATURALIST :

1. Загрузите четкие фотографии грибов

2. Запишите подробную информацию о сборе

3. Получить предварительную оценку сообщества

4. Выберите высококачественные наблюдения для подачи анализа ДНК

Профессиональное сотрудничество проекта :

Соглашение о отправке пример :

-Предоставьте подробные данные на месте и высококачественные фотографии

📌 Успешные случаи: проект североамериканской карты грибов

Благодаря совместным усилиям гражданских ученых в течение последних пяти лет проект собрал более 5000 образцов геореферента, обнаружил 23 новых грибковых вида, пересмотрел границы классификации 23 родов и предоставили ключевые данные о влиянии изменения климата на фенологию гриба.

🍄 ограничения и проблемы
📌 Технические ограничения

Неполная база данных :

Проблема мутации внутри типа :

📌 Практические проблемы

Требования к ресурсам :

Идентификационная ловушка :

🍄 Будущее направление развития
📌 Технологические тенденции

Секвенирование всего генома :

Интеграция искусственного интеллекта :

Технология на месте :

📌 Стандартизация и интеграция

Глобальная инициатива :

🍄 Практическая операция: от начинающего до опытного
📌 Предложения по обучению

Стадия 1: Основы

Стадия 2: Разработка навыков

Этап 3: Профессиональное приложение

📌 Требуется список ресурсов

Учебные материалы :

Лабораторное оборудование :

Расходные материалы :

🍄 этика и ответственность
📌 Коллекционная этика

Устойчивая практика :

Обмен данными :

🔬 Наука и целостность

Точная идентификация :

🍄 Метод интеграции: будущее современной миконауки

Штрих -коды ДНК - это не замена традиционной микологии, а о формировании сильной синергии с ними.Наиболее надежная идентификация исходит от множественной интеграции доказательств:

Комплексное соглашение о оценке :

1. Полевые макрос наблюдения и записи

2. Проверка микрофтаций

3. Экологическая и распределенная оценка данных

4. Подтверждение штрих -кода ДНК

5. Помогая с химическим анализом при необходимости

** Эксперты предлагают: даже с самой продвинутой технологией ДНК не игнорируйте развитие ваших навыков морфологической идентификации.Лучшие микологи - это те, кто может беспрепятственно объединить опыт полевых наблюдений с лабораторными данными.

🍄 Руководство по действию: Начните сейчас

Действия недели :

1. Выберите 3 общих местных грибов и сделайте подробные фотографии

2. Создайте учетную запись в INATURALIST и загрузите наблюдение

3. Изучите проект штрих -кода ДНК местного общества грибов

4. Заказ книг о основной молекулярной биологии грибов

Цель для этого месяца :

1. Участвовать в онлайн -семинарах штрих -кода ДНК

2. Установить систему сбора и сохранения образцов

3. Свяжитесь с исследовательской группой местного университета микологии

4. Подготовьте свой бюджет домашней лаборатории и планируйте

видение года :

1. Завершите не менее 50 штрих -кодов ДНК нативного вида

2. Публикуйте отчет о научных открытиях граждан

3. Создать библиотеку личных справочных последовательностей

4. Руководство хотя бы одного человека для изучения технологии штрих -кода ДНК

Технология штрих -кода ДНК была демократизирована для идентификации грибов, предоставляя возможности, когда -то ограничивающиеся профессиональными лабораториями всем, кто серьезно относится к миологии.Эта технология быстро развивается, и затраты продолжают снижаться и увеличиваются доступность.Сейчас это идеальное время, чтобы подробно учиться и интегрировать штрих -код ДНК в вашу микологическую практику.

Помните, что цель состоит не в том, чтобы заменить удовольствие от естественного наблюдения технологиями, а углубить нашу связь с грибковым королевством, повысить нашу идентификационную уверенность и способствовать глобальной системе знаний о грибах.Каждая выборка тщательно собранная, тщательно зарегистрированная и точно выявленная, является ценным вкладом в науку.