Розкриття генетичної інформації папороті може дати нам потенційні рішення багатьох проблем, з якими стикається наш планета сьогодні.
In геном секвенування, ДНК секвенування виконується для визначення порядку нуклеотидів у кожній конкретній молекулі ДНК. Цей точний порядок важливий для того, щоб зрозуміти тип генетичної інформації, що міститься в ДНК. Оскільки гени кодують білки, які відповідають за більшість функцій організму, ця інформація може допомогти зрозуміти вплив їхньої функції на організм. Секвенування завершено геном організму, тобто вся його ДНК є складним і складним завданням, і її потрібно виконувати по крупицях, розбиваючи ДНК на дрібніші частини, секвенуючи їх і потім об’єднуючи все разом. Наприклад, повна людина геном була секвенована в 2003 р., що зайняло 13 років, а загальна вартість склала 3 мільярди доларів США. З прогресом технологій геноми можна секвенувати відносно швидше та з меншою ціною за допомогою таких методів, як секвенування Сенгера та секвенування наступного покоління. Після секвенування та декодування генома відкриваються необмежені можливості для виявлення потенційних областей біологічних досліджень і досягнення прогресу в цільовій розробці додатків.
Команда з 40 дослідників з Корнельського університету та з усього світу повністю секвенувала геном води папороть називається Azolla filiculoides1,2. Вважається, що ця папороть зазвичай росте в тропічних регіонах і в теплих регіонах світу. Проект розгадки геномних секретів папороті розроблявся деякий час і був підтриманий коштами в розмірі 22,160 123 доларів США від 75 спонсорів через краудфандинговий сайт під назвою Experiment.com. Зрештою дослідники отримали фінансування для проведення секвенування від Пекінського інституту геноміки у співпраці з Утрехтським університетом. Цей крихітний плаваючий вид папороті, який вміщується на ніготь, має розмір геному XNUMX гігабаз (або мільярд пар основ). Папороті, як відомо, мають великі геноми, розміром в середньому 12 гігабаз, однак жоден із великих геномів папороті досі не розшифрований. Такий складний проект мав на меті дати підказки про потенціал цієї папороті.
Завдяки цьому було виявлено багато цікавих аспектів папороті Azolla геном дослідження послідовності, опубліковане в природа Рослини і дали напрямок для майбутніх досліджень потенційних областей, у яких ця папороть може бути корисною. Папороть Azolla була широко поширена і росла майже 50 мільйонів років тому на цьому місці планета навколо Північного Льодовитого океану. Протягом цього часу Земля також була теплішою порівняно з поточними умовами, і вважалося, що ця папороть відіграє значну роль у збереженні планета охолоджувач, уловлюючи близько 10 трильйонів тонн вуглекислого газу з атмосфери протягом 1 мільйона років. Тут ми бачимо потенційну роль цієї папороті в боротьбі та захисті наших планета від глобального потепління внаслідок зміни клімату.
Також вважається, що папороть відіграє важливу роль у фіксації азоту, процесі, який поєднує вільний азот (N2) в атмосфері – інертний газ, який у великій кількості міститься в повітрі – з іншими хімічними елементами для створення більш реакційноздатних сполук на основі азоту, наприклад аміаку, нітрати тощо, які потім можуть бути використані в різних цілях, як добриво для цілей сільського господарства. Геном дані говорять нам про симбіотичний зв’язок (взаємну вигоду) цієї папороті з ціанобактерією під назвою Nostoc azollae. Лист папороті містить ці ціанобактерії в крихітних отворах, і ці бактерії фіксують азот, таким чином виробляючи кисень які могли використовувати папороть і навколишні рослини. У свою чергу, ціано бактерії збирати енергію за допомогою фотосинтезу рослин, коли папороть забезпечує їх паливом. Таким чином, цю папороть можна використовувати як природне зелене добриво і, можливо, усунути використання азотних добрив, поширюючи більш стійкі практики сільського господарства. Автори кажуть, що маючи обидва геноми ціанобактерій, а тепер і папороті, дослідження можна зосередити на розробці та впровадженні таких стійких практик. Цікаво, що папороть Azolla вже більше 1000 років додають на рисові поля як зелене добриво азіатськими фермерами.
Дослідники також ідентифікували важливий природно модифікований (інсектицидний) ген папороті, який, як вбачається, має здатність забезпечувати стійкість до комах. Цей ген, перенесений на рослини бавовни, забезпечує потужний захист від комах. Вважається, що цей «інсектицидний» ген передається або «дарується» папороті від бактерій і вважається дуже специфічним компонентом родоводу папороті, тобто він успішно передається з покоління в покоління. Відкриття потенційного захисту від комах неминуче матиме сильний вплив на ведення сільського господарства.
Це дослідження показує, що «чиста наука» розкриття першої в історії геномної інформації папороті є важливим кроком у напрямку розкриття та розуміння важливих генів рослин. Це також допомагає краще зрозуміти еволюційну історію папоротей, тобто те, як їхні особливості еволюціонували з покоління в покоління. Розуміння рослин дуже важливе для дослідження та розуміння того, як флора та фауна дружно існують разом на нашому планета і таким дослідженням слід надавати значення, а не клеймити їх як щось, що є недостатньо значущим. Після секвенування Azolla filiculoides і Salvinia cucullata понад 10 видів папороті вже готові до подальших досліджень.
***
{Ви можете прочитати оригінальну дослідницьку роботу, натиснувши посилання DOI, наведене нижче в списку цитованих джерел(ів)}
Джерела
1. Fay-Wei L та ін. 2018. Папороть геноми з'ясувати еволюцію наземних рослин і ціанобактеріальний симбіоз. природа Рослини. 4 (7). https://doi.org/10.1038/s41477-018-0188-8
2. Папоротник https://www.fernbase.org/. [Переглянуто 18 липня 2018].
***
