W zielnikach i zbiorach muzealnych na całym świecie znajdują się miliony okazów zwierząt, grzybów i roślin. Zbierane przez stulecia często pochodzą z bardzo odległych i trudno dostępnych rejonów świata. Zawierają też np. okazy przedstawicieli gatunków wymarłych w naturze. "W naszym Instytucie mamy około miliona opisanych, zabezpieczonych obiektów biologicznych, które są przechowywane w zielnikach. Potencjalnie mogą być one dostępne do badań" - mówi PAP dr hab. Michał Ronikier z Instytutu Botaniki im. W. Szafera Polskiej Akademii Nauk.

Zgromadzone w ten sposób zbiory mogą stanowić cenne źródło informacji np. o ewolucji gatunków, biogeografii czy historycznych procesach zachodzących w populacjach. Jednak badanie materiału genetycznego z takich muzealnych okazów długo było dla naukowców sporym problemem. "DNA zawarte w takich obumarłych komórkach z czasem podlega degradacji. Pierwotnie długie molekuły nieuchronnie rozpadają się na mniejsze fragmenty. Wskutek tego zmniejsza się zarówno stężenie DNA w takim obiekcie i ciągłość dostępnej informacji, która jest w DNA zapisana. To mniej więcej tak, jak z niektórymi starymi księgami, w których z czasem kartka papieru rozpada się na drobniutkie kawałki. Im drobniejsze są te kawałki, tym trudniej wyciągnąć z nich później sensowną informację" - opisuje rozmówca PAP.

Metody analiz DNA od ponad 30 lat podlegają jednak ciągłej ewolucji. "W ostatnich latach w tej dziedzinie nastąpił nieprawdopodobny jakościowy skok. Jest on związany z powszechnym wprowadzeniem tzw. technologii sekwencjonowania nowej generacji. W klasycznym sekwencjonowaniu, które jest stosowane od dziesiątków lat, możliwe jest uzyskanie sekwencji pojedynczych fragmentów DNA z genomu i to pod warunkiem występowania w próbce znacznej liczby niezdegradowanych kopii oczekiwanego fragmentu. Sekwencjonowanie nowej generacji pozwala natomiast na uzyskanie informacji z setek tysięcy albo milionów miejsc w genomie, a nawet sekwencjonowania całego genomu dowolnego gatunku czy osobnika" - opisuje dr Ronikier.

Naukowcy z krakowskiego Instytutu wspólnie z grupą badawczą dr. N. Alvareza z Uniwersytetu w Lozannie opracowali nową metodę badania zmienności genomu o nazwie hyRAD (hybridization RAD). Umożliwia ona analizę DNA genomowego zarówno w materiałach niezdegradowanych, jak i zdegradowanych oraz - jak podkreśla dr Ronikier - jest stosunkowo niedroga.

"Poprzez możliwość wykorzystania w badaniach materiałów muzealnych na szeroką skalę nasza metoda pozwala na uzyskanie informacji unikatowych, które niezwykle trudno byłoby uzyskać innymi metodami i na podstawie innych źródeł. Kompleksowa analiza zmienności DNA na dużym materiale biologicznym umożliwia zdobycie informacji o historii ewolucyjnej badanych gatunków czy ich biogeografii, czyli powstawaniu i dynamice zmian zasięgów geograficznych. Mając te dane możemy zrozumieć, jak ewoluowały gatunki, jak na ich rozmieszczenie na Ziemi wpływały zmiany klimatu. W naszym projekcie zajmujemy się roślinami, grzybami i owadami, ale metodę hyRAD można zastosować dla wszelkiego typu organizmów" - mówi dr Ronikier.

Punktem wyjścia do badań z wykorzystaniem nowej metody jest izolacja niezdegradowanego DNA ze "świeżych" prób badanego gatunku. Ten zbiór fragmentów DNA stanowi tzw. bibliotekę genomową - punkt odniesienia do badań materiału muzealnego. Takie fragmenty naukowcy przekształcają później w tzw. sondy molekularne. "Pozwolą nam one na selektywne wyłapanie oczekiwanych przez nas fragmentów z tego mocno zdegradowanego genomu, bez jego wcześniejszej znajomości" - opisuje dr Ronikier.