Odblokowanie informacji genetycznej paproci może dostarczyć nam potencjalnych rozwiązań wielu problemów, przed którymi stoimy planeta dzisiaj.
In Genom sekwencjonowanie, DNA sekwencjonowanie ma na celu określenie kolejności nukleotydów w każdej konkretnej cząsteczce DNA. Ta dokładna kolejność jest istotna, aby móc zrozumieć rodzaj informacji genetycznej zawartej w DNA. Ponieważ geny kodują białka odpowiedzialne za większość funkcji organizmu, informacja ta może pomóc w zrozumieniu wpływu ich funkcji na organizm. Sekwencjonowanie zakończone Genom organizmu, tj. całe jego DNA jest zadaniem złożonym i wymagającym, które należy wykonywać krok po kroku, dzieląc DNA na mniejsze kawałki, sekwencjonując je, a następnie łącząc w całość. Na przykład kompletny człowiek Genom sekwencjonowanie w 2003 r. zajęło 13 lat, a jego całkowity koszt wyniósł 3 miliardy dolarów. Wraz z postępem technologii genomy można sekwencjonować stosunkowo szybciej i przy niższych kosztach, stosując metody takie jak sekwencjonowanie Sangera i sekwencjonowanie nowej generacji. Po zsekwencjonowaniu i odkodowaniu genomu otwierają się nieograniczone możliwości identyfikacji potencjalnych obszarów badań biologicznych i poczynienia postępów w kierunku rozwoju ukierunkowanych zastosowań.
Zespół 40 naukowców z Cornell University i całego świata zsekwencjonował całość Genom wody paproć o nazwie Azolla filiculoides1,2. Paproć ta powszechnie rośnie w cieplejszych temperaturach i tropikalnych regionach świata. Projekt odkrycia tajemnic genomicznych paproci jest w przygotowaniu już od jakiegoś czasu i został wsparty środkami w wysokości 22,160 123 dolarów od 75 darczyńców za pośrednictwem serwisu crowdfundingowego Experiment.com. Ostatecznie badacze otrzymali fundusze na przeprowadzenie sekwencjonowania od Pekińskiego Instytutu Genomiki we współpracy z Uniwersytetem w Utrechcie. Ten maleńki, pływający gatunek paproci, który mieści się na paznokciu palca, ma genom o wielkości XNUMX gigabaz (lub miliarda par zasad). Wiadomo, że paprocie są duże genomy, o średniej wielkości 12 gigabaz, jednakże żaden z większych genomów paproci nie został dotychczas odkodowany. Tak rozbudowany projekt miał na celu dostarczenie wskazówek, jaki potencjał kryje się w tej paproci.
Odkryto na ten temat wiele interesujących aspektów paproci Azolla Genom badanie sekwencjonowania opublikowane w Natura Rośliny i zapewniły kierunek przyszłych badań nad potencjalnymi obszarami, w których ta paproć może być pożyteczna. Paproć Azolla była szeroko rozpowszechniona i rosła na niej prawie 50 milionów lat temu planeta wokół Oceanu Arktycznego. W tym czasie na Ziemi było również cieplej w porównaniu z obecnymi warunkami i uważano, że ta paproć odgrywa znaczącą rolę w utrzymaniu ciepła planeta chłodniej poprzez wychwytywanie około 10 bilionów ton dwutlenku węgla z atmosfery w ciągu 1 miliona lat. Widzimy tutaj potencjalną rolę tej paproci w zwalczaniu i ochronie naszych planeta z globalnego ocieplenia będącego skutkiem zmiany klimatu.
Uważa się również, że paproć odgrywa ważną rolę w wiązaniu azotu – procesie, w którym łączy się wolny azot (N2) w atmosferze – gaz obojętny występujący obficie w powietrzu – z innymi pierwiastkami chemicznymi, tworząc bardziej reaktywne związki na bazie azotu, np. amoniak, azotany itp., które można następnie wykorzystać w różnych zastosowaniach, takich jak nawóz do celów rolniczych. Genom dane mówią nam o symbiozie (wzajemnych korzyściach) tej paproci z cyjanobakterią o nazwie Nostoc azollae. Liście paproci zamieszkują te sinice w maleńkich dziurkach, które wiążą azot, wytwarzając w ten sposób tlen które mogłyby wykorzystać paproć i otaczające ją rośliny. Z kolei cyjano bakteria gromadzą energię w procesie fotosyntezy roślin, gdy paproć dostarcza jej paliwa. Dlatego paproć ta mogłaby zostać prawdopodobnie wykorzystana jako naturalny zielony nawóz i prawdopodobnie wyeliminowałaby stosowanie nawozów azotowych, propagując bardziej zrównoważone praktyki rolnicze. Autorzy twierdzą, że posiadanie obu genomy sinic, a obecnie paproci, badania można skoncentrować na opracowaniu i przyjęciu takich zrównoważonych praktyk. Co ciekawe, paproć Azolla była już dodawana na polach ryżowych jako zielony nawóz przez azjatyckich rolników od ponad 1000 lat.
Naukowcy zidentyfikowali również ważny naturalnie zmodyfikowany gen (środek owadobójczy) u paproci, który, jak się wydaje, ma zdolność zapewniania odporności na owady. Ten gen po przeniesieniu do roślin bawełny zapewnia ogromną ochronę przed owadami. Uważa się, że ten „owadobójczy” gen jest przenoszony lub „przekazany” z bakterii na paprocie i jest uważany za bardzo specyficzny składnik linii paproci, tj. jest z powodzeniem przekazywany z pokolenia na pokolenie. Odkrycie potencjalnej ochrony przed owadami z pewnością będzie miało duży wpływ na praktyki rolnicze.
Badanie to pokazuje, że „czysta nauka” polegająca na odkrywaniu pierwszych w historii informacji genomicznych paproci to ważny krok w kierunku odkrycia i zrozumienia kluczowych genów roślin. Pomaga także w lepszym zrozumieniu historii ewolucji paproci, tj. ewolucji ich cech na przestrzeni pokoleń. Zrozumienie roślin jest bardzo istotne, aby zbadać i zrozumieć, w jaki sposób flora i fauna współistnieją na naszej planecie planeta takim badaniom należy nadać wagę, a nie etykietować je jako coś, co nie jest wystarczająco istotne. Po zsekwencjonowaniu Azolla filiculoides i Salvinia cucullata ponad 10 gatunków paproci jest już w przygotowaniu do dalszych badań.
***
{Możesz przeczytać oryginalną pracę naukową, klikając link DOI podany poniżej na liście cytowanych źródeł}
Źródło (s)
1. Fay-Wei L i in. 2018. Paproć genomy wyjaśnić ewolucję roślin lądowych i symbiozy sinicowe. Natura Rośliny. 4 ust. 7. https://doi.org/10.1038/s41477-018-0188-8
2. Baza Fern https://www.fernbase.org/. [Dostęp 18 lipca 2018].
***
