Раскрытие генетической информации папоротника может предоставить нам потенциальные решения множества проблем, с которыми сегодня сталкивается наша планета.
In геном последовательность действий, ДНК секвенирование проводится для определения порядка нуклеотидов в каждой конкретной молекуле ДНК. Этот точный порядок важен для понимания типа генетической информации, содержащейся в ДНК. Поскольку гены кодируют белок, который отвечает за большинство функций организма, эта информация может помочь понять влияние их функции в организме. Секвенирование полного генома организма, то есть всей его ДНК, является сложной и сложной задачей, и ее необходимо выполнять постепенно, разбивая ДНК на более мелкие части, секвенируя их и затем собирая все вместе. Например, полное секвенирование генома человека в 2003 году заняло 13 лет, а общая стоимость составила 3 миллиарда долларов США. С развитием технологий геномы можно секвенировать относительно быстрее и с меньшими затратами, используя такие методы, как секвенирование по Сэнгеру и секвенирование следующего поколения. После того, как геном секвенирован и расшифрован, открываются неограниченные возможности для определения потенциальных областей биологических исследований и достижения прогресса в разработке целевых приложений.
Команда из 40 исследователей из Корнельского университета и со всего мира секвенировала полный геном воды. папоротник называется Azolla filiculoides1,2. Этот папоротник обычно растет при более высоких температурах и в тропических регионах мира. Проект по раскрытию геномных секретов папоротника был в стадии разработки и был поддержан средствами в размере 22,160 123 долларов США от 75 спонсоров через краудфандинговый сайт Experiment.com. В конечном итоге исследователи получили финансирование для проведения секвенирования от Пекинского института геномики в сотрудничестве с Утрехтским университетом. Размер генома этого крошечного плавающего вида папоротника, который надевается на ноготь, составляет 12 гигабаз (или миллиард пар оснований). Известно, что папоротники имеют большие геномы, в среднем размером XNUMX гигабаз, однако ни один из более крупных геномов папоротников до сих пор не расшифрован. Такой тщательно продуманный проект был нацелен на то, чтобы понять, в чем может заключаться потенциал этого папоротника.
В ходе исследования секвенирования генома, опубликованного в Природа Растения и предоставили направление для будущих исследований потенциальных областей, в которых этот папоротник может быть полезным. Папоротник Азолла был широко распространен и рос почти 50 миллионов лет назад на этой планете вокруг Северного Ледовитого океана. В то время Земля также была теплее по сравнению с нынешними условиями, и считалось, что этот папоротник играет важную роль в поддержании температуры на планете, улавливая около 10 триллионов тонн углекислого газа из атмосферы в течение 1 миллиона лет. Здесь мы видим потенциальную роль этого папоротника в борьбе и защите нашей планеты от глобального потепления, вызванного изменением климата.
Также считается, что папоротник играет важную роль в фиксации азота, процессе, который объединяет свободный азот (N2) в атмосфере - инертный газ, в большом количестве доступный в воздухе - с другими химическими элементами для создания более реактивных соединений на основе азота, например аммиака, нитраты и т. д., которые затем можно использовать в различных целях, например, в качестве удобрений для сельскохозяйственных целей. Данные генома говорят нам о симбиотических отношениях (взаимной выгоде) этого папоротника с цианобактериями под названием Nostoc azollae. Лист папоротника содержит цианобактерии в крошечных отверстиях, и эти бактерии фиксируют азот, производя кислород которые могли использовать папоротник и окружающие его растения. В свою очередь, циано бактерии собирать энергию через фотосинтез растений, когда папоротник обеспечивает его топливом. Следовательно, этот папоротник можно было бы использовать в качестве натурального зеленого удобрения и, возможно, исключить использование азотных удобрений, пропагандируя более устойчивые методы ведения сельского хозяйства. Авторы говорят, что, имея геномы цианобактерий и папоротника, исследования могут быть сосредоточены на разработке и внедрении таких устойчивых методов. Интересно, что папоротник азолла уже более 1000 лет добавляется на рисовые поля в качестве сидерата азиатскими фермерами.
Исследователи также определили важный природно модифицированный (инсектицидный) ген в папоротнике, который, как считается, обладает способностью обеспечивать устойчивость к насекомым. Этот ген при передаче на хлопчатник обеспечивает надежную защиту от насекомых. Считается, что этот «инсектицидный» ген передается или «дарится» бактериями папоротнику и считается очень специфическим компонентом линии папоротника, т.е. он успешно передается из поколения в поколение. Обнаружение потенциальной защиты от насекомых обязательно окажет сильное влияние на методы ведения сельского хозяйства.
Это исследование показывает, что «чистая наука» получения первой в истории геномной информации из папоротников - важный шаг в направлении раскрытия и понимания важнейших генов растений. Это также помогает лучше понять эволюционную историю папоротников, то есть то, как их особенности менялись из поколения в поколение. Понимание растений очень важно для изучения и понимания того, как флора и фауна мирно сосуществуют на нашей планете, и таким исследованиям следует придавать значение, а не маркировать их как что-то недостаточно значимое. После секвенирования Azolla filiculoides и Salvinia cucullata более 10 видов папоротников уже находятся в стадии разработки для дальнейших исследований.
{Вы можете прочитать исходную исследовательскую работу, щелкнув ссылку DOI, приведенную ниже в списке цитируемых источников}
Источник (ы)
1. Fay-Wei L et al. 2018. Геномы папоротников проливают свет на эволюцию наземных растений и симбиоз цианобактерий. Природа Растения. 4 (7). https://doi.org/10.1038/s41477-018-0188-8
2. Фернбасе https://www.fernbase.org/. [Проверено 18 июля 2018 г.].
