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 реда на нуклеотидите във всяка специфична ДНК молекула. Този точен ред е от полза, за да можем да разберем вида на генетичната информация, носена в ДНК. Тъй като гените кодират протеини, които са отговорни за повечето телесни функции, тази информация може да помогне да се разбере ефектът от тяхната функция в тялото. Секвенирането на пълния геном на даден организъм, т.е. цялата му ДНК, е сложна и предизвикателна задача и трябва да се извършва малко по малко, като се разбива ДНК на по-малки парчета, секвенирането им и след това сглобяването на всичко. Например, пълният човешки геном беше секвениран през 2003 г., отне 13 години и обща цена от 3 милиарда долара. С напредването на технологиите геномите могат да бъдат секвенирани 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 целенасочено разработване на приложения.
Екип от 40 изследователи от университета Корнел и по целия свят са секвенирали пълния геном на вода папрат наречена Azolla filiculoides1,2. Тази папрат обикновено се вижда, че расте в по-топли температури и тропически региони на света. Проектът за разкриване на геномните тайни на папратта е в процес на подготовка от известно време и е подкрепен със средства от 22,160 123 щатски долара от 75 поддръжници чрез сайт за краудфандинг, наречен Experiment.com. В крайна сметка изследователите 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 на пръста, има размер на генома от 12 гигабази (или милиард базови двойки). Известно е, че папратите имат големи геноми, средно с размер от XNUMX гигабази, но никой от по-големите геноми на папрат не е декодиран досега. Такъв сложен проект имаше за цел да даде улики за това какъв може да бъде потенциалът на тази папрат.
Много интересни аспекти на папрат Azolla са открити в това проучване за секвениране на генома, публикувано в Природа Растения и са предоставили насоки за бъдещи изследвания на потенциални области, в които тази папрат може да бъде от полза. Папратът Azolla е бил широко разпространен и растящ преди почти 50 милиона години на тази планета около Северния ледовит океан. През това време Земята също беше по-топла в сравнение с настоящите условия и се смяташе, че тази папрат играе важна роля в 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, резултат от изменението на климата.
Също така се смята, че папратът играе важна роля при фиксирането на азота, процес, който комбинира свободния азот (N2) в атмосферата – инертен газ, наличен в изобилие във въздуха – с други химични елементи за създаване на по-реактивоспособни 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 от генома ни казват за симбиотична връзка (взаимна полза) на тази папрат с цианобактерия, наречена Nostoc azollae. Листата на папрат приемат 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 й осигурява гориво. Следователно, тази папрат може да се използва като естествен зелен тор и евентуално да се премахне използването на азотни торове, разпространяващи по-устойчиви земеделски практики. Авторите казват, че притежавайки както геномите на цианобактериите, така и сега на папратта, изследванията могат да бъдат фокусирани върху разработването и приемането на такива устойчиви практики. Интересното е, че папрат Azolla вече е добавен в оризища 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 папратите е важна стъпка в посоката на разкриване и разбиране на важни растителни гени. 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 се изследва и разбере как флората и фауната съществуват заедно на нашата планета и на такива изследвания трябва да се даде значение, а не да се етикетират 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-нататъшни изследвания.
***
{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. Геномите на папрат изясняват еволюцията на сухоземните растения и симбиозите на цианобактериите. 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.].
***
