Отключването на генетичната информация на папрат може да ни предостави потенциални решения на множество проблеми, пред които е изправена нашата планета днес.
In геном секвениране, ДНК секвенирането се извършва, за да се определи редът на нуклеотидите във всяка специфична ДНК молекула. Този точен ред е ценен, за да можем да разберем вида на генетичната информация, носена в ДНК. Тъй като гените кодират протеини, които са отговорни за повечето функции на тялото, тази информация може да помогне да се разбере ефектът от тяхната функция в тялото. Секвенирането е завършено геном на един организъм, т.е. цялата му ДНК е сложна и предизвикателна задача и трябва да се изпълнява малко по малко чрез разбиване на ДНК на по-малки парчета, тяхното секвениране и след това сглобяване. Например пълният човек геном беше секвениран през 2003 г. отне 13 години и обща цена от 3 милиарда USD. С напредъка на технологиите геноми може да се секвенира относително по-бързо и на по-ниска цена, като се използват методи като секвениране на Sanger и секвениране от следващо поколение. След като геномът бъде секвениран и декодиран, се отварят неограничени възможности за идентифициране на потенциални области на биологични изследвания и постигане на напредък към целево разработване на приложения.
Екип от 40 изследователи от университета Корнел и от целия свят са секвенирали пълния геном на вода папрат наречена Azolla filiculoides1,2. Обикновено се вижда, че тази папрат расте при по-високи температури и в тропически региони на света. Проектът за разкриване на геномните тайни на папрата е в процес на подготовка от известно време и е подкрепен със средства от 22,160 123 USD от 75 поддръжници чрез сайт за групово финансиране, наречен Experiment.com. Изследователите в крайна сметка получиха финансиране за извършване на секвенирането от Пекинския институт по геномика в сътрудничество с университета в Утрехт. Този малък вид плаваща папрат, който се побира върху нокът, има размер на генома от XNUMX гигабази (или милиард базови двойки). Известно е, че папратите имат големи геноми, среден размер от 12 гигабази, но нито един от по-големите геноми на папрат не е декодиран досега. Такъв сложен проект имаше за цел да предостави улики за това какъв би могъл да бъде потенциалът на тази папрат.
Много интересни аспекти на папрат Azolla са разкрити по този въпрос геном изследване на последователността, публикувано в Природа Растения и предоставиха насока за бъдещи изследвания на потенциални области, в които тази папрат може да бъде полезна. Папратът Azolla е бил широко разпространен и расте преди почти 50 милиона години на това място планета около Северния ледовит океан. През това време Земята също беше по-топла в сравнение със сегашните условия и се смяташе, че тази папрат играе важна роля в поддържането на планета охладител чрез улавяне на около 10 трилиона тона въглероден диоксид от атмосферата в продължение на 1 милион години. Тук виждаме потенциална роля за тази папрат в борбата и защитата на нашата планета от глобалното затопляне в резултат на изменението на климата.
Смята се също, че папратът играе важна роля в азотната фиксация, процес, който комбинира свободния азот (N2) в атмосферата – инертен газ, който се съдържа в изобилие във въздуха – с други химични елементи за създаване на по-реактивни съединения на основата на азот, напр. амоняк, нитрати и т.н., които след това могат да се използват в различни приложения като тор за селскостопански цели. Геном данните ни говорят за симбиотична връзка (взаимна полза) на тази папрат с цианобактерия, наречена Nostoc azollae. Папратовите листа са домакин на тези цианобактерии в малки дупки и тези бактерии фиксират азот, като по този начин произвеждат кислород които папратът и околните растящи растения биха могли да използват. От своя страна циано бактерии събират енергия чрез фотосинтезата на растенията, когато папратът им осигурява гориво. Следователно тази папрат може евентуално да се използва като естествен зелен тор и вероятно да елиминира използването на азотни торове, разпространявайки по-устойчиви земеделски практики. Авторите казват, че има и двете геноми на цианобактериите и сега на папрата, изследванията могат да бъдат съсредоточени върху разработването и приемането на такива устойчиви практики. Интересното е, че папрат Azolla вече е добавен в оризовите полета като зелен тор от азиатски фермери повече от 1000 години.
Изследователите са идентифицирали и важен естествено модифициран (инсектициден) ген в папратта, за който се вижда, че има способността да осигурява устойчивост на насекоми. Този ген, когато се пренесе върху памукови растения, осигурява масивна защита от насекоми. Смята се, че този „инсектициден“ ген се пренася или „дарява“ от бактериите върху папратта и се смята, че е много специфичен компонент от линията на папрат, т.е. успешно се предава от поколение на поколение. Откриването на потенциална защита от насекоми неминуемо ще окаже силно въздействие върху селскостопанските практики.
Това проучване показва, че „чистата наука“ за разкриването на първата по рода си геномна информация от папрати е важна стъпка в посоката на разкриване и разбиране на ключови растителни гени. Той също така помага за по-доброто разбиране на еволюционната история на папратите, т.е. как техните характеристики са се развивали през поколенията. Разбирането на растенията е много важно, за да изследваме и разберем как флората и фауната съществуват заедно приятелски на нашия планета и на такова изследване трябва да се придава значение, вместо да се етикетира като нещо, което не е достатъчно значимо. След секвениране на Azolla filiculoides и Salvinia cucullata, повече от 10 вида папрат вече са в процес на по-нататъшно изследване.
***
{Можете да прочетете оригиналната изследователска статия, като щракнете върху връзката DOI, дадена по-долу в списъка с цитирани източници}
Източник (и)
1. Fay-Wei L et al. 2018. Папрат геноми изясняват еволюцията на сухоземните растения и цианобактериалните симбиози. Природа Растения. 4 (7). https://doi.org/10.1038/s41477-018-0188-8
2. Папратова база https://www.fernbase.org/. [Посетен на 18 юли 2018 г.].
***
