Разгадаването на генетичната информация на папратта би могло да ни предостави потенциални решения на множество проблеми, пред които е изправена нашата планета днес.
При секвенирането на генома , ДНК секвенирането се извършва, за да се определи редът на нуклеотидите във всяка специфична ДНК молекула. Този точен ред е ценен, за да се разбере видът генетична 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 на пълния геном на организма, т.е. на цялата му ДНК, е сложна и предизвикателна задача и трябва да се извършва малко по малко, като ДНК се разделя на по-малки парчета, секвенира се и след това се сглобява. Например, секвенирането на пълния човешки геном през 2003 г. отне 13 години и струваше общо 3 милиарда щатски долара. С напредъка на технологиите геномите могат да бъдат секвенирани сравнително по-бързо и на по-ниска цена, използвайки методи като секвениране по Сангер 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 целенасочено разработване на приложения.
Екип от 40 изследователи от университета Корнел и от цял свят са секвенирали пълния геном на водна папрат, наречена Azolla filiculoides 1,2 . Тази папрат обикновено расте в по-топли температури и тропически региони на света. Проектът за разкриване на геномните тайни на папрата е в процес на разработка от известно време и е подкрепен със средства от 22 160 щатски долара от 123 спонсори чрез сайт за групово финансиране, наречен Experiment.com. Изследователите в крайна сметка са получили финансиране за извършване на секвенирането от Пекинския институт по геномика в сътрудничество с университета в Утрехт. Този малък плаващ вид папрат, който се побира върху нокът, има размер на генома от 0,75 гигабази (или милиард базови двойки). Известно е, че папратите имат големи геноми , средно с размер 12 гигабази, но никой от по-големите геноми на папратите не е декодиран досега. Целта на този сложен проект е била да предостави насоки за това какъв би могъл да бъде потенциалът на тази папрат.
Много интересни аспекти на папратта Azolla бяха разкрити в това проучване за секвениране на генома , публикувано в Nature Plants, и предоставиха насока за бъдещи изследвания върху потенциални области, в които тази папрат може да бъде полезна. Папратта Azolla е била широко разпространена и е растяла преди почти 50 милиона години на тази планета около Северния ледовит океан. През това време Земята е била и по-топла в сравнение със сегашните условия и се е смятало, че тази папрат играе важна роля за поддържането на планетата по-хладна, като улавя около 10 трилиона тона въглероден диоксид от атмосферата в продължение на 1 милион години. Тук виждаме потенциална роля на тази папрат в борбата и защитата на нашата планета от глобалното затопляне, причинено от изменението на климата.
Смята се също, че папратта играе важна роля във фиксацията на азота, процес, който комбинира свободния азот (N2) в атмосферата – инертен газ, който се среща в изобилие във въздуха – с други химични елементи, за да създаде по-реактивни съединения на азотна основа, например амоняк, нитрати и др., които след това могат да се използват в различни приложения, като торове за селскостопански цели. Данните за генома ни разказват за симбиотична връзка (взаимна полза) на тази папрат с цианобактерия, наречена Nostoc azollae. Листата на папратта са домакин на тези цианобактерии в малки дупки и тези бактерии фиксират азот, като по този начин произвеждат кислород, който папратта и околните растения могат да използват. На свой ред цианобактериите събират енергия чрез фотосинтезата на растението, когато папратта им осигурява гориво. Следователно, тази папрат би могла да се използва като естествен зелен тор и евентуално да елиминира употребата на азотни торове, разпространявайки по-устойчиви земеделски практики. Авторите казват, че разполагайки както с геномите на цианобактериите, така и с геномите на папратта, изследванията могат да бъдат фокусирани върху разработването и приемането на такива устойчиви практики. Интересното е, че папрат Азола се добавя в оризовите полета като зелено торене от азиатските 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 разгадаване на първата по рода си геномна информация от папрати е важна стъпка в посока на разкриване и разбиране на ключови растителни гени. То също така помага за по-добро разбиране на еволюционната история на папратите, т.е. как техните характеристики са се развивали през поколенията. Разбирането на растенията е много важно за изследване и разбиране как флората и фауната съществуват заедно в приятелско отношение на нашата планета и на такива изследвания трябва да се отдава значение, а не да се етикетират като нещо, което не е достатъчно значимо. След секвенирането на Azolla filiculoides и Salvinia cucullata, повече от 10 вида папрати вече са в процес на по-нататъшни изследвания.
***
Източник (и)
1. Fay-Wei L et al. 2018. Геномите на папратите изясняват еволюцията на сухоземните растения и цианобактериалните симбиози. Nature Plants . 4(7). https://doi.org/10.1038/s41477-018-0188-8
2. Fernbase https://www.fernbase.org/ . [Достъпно на 18 юли 2018 г.].
***
