Odemknutí genetické informace kapradiny by nám mohlo poskytnout potenciální řešení mnoha problémů, kterým čelíme planeta dnes.
In genom sekvenování, DNA sekvenování se provádí k určení pořadí nukleotidů v každé specifické molekule DNA. Toto přesné pořadí má hodnotu, abychom mohli porozumět typu genetické informace nesené v DNA. Vzhledem k tomu, že geny kódují proteiny, které jsou zodpovědné za většinu tělesných funkcí, mohou tyto informace pomoci pochopit účinek jejich funkce v těle. Sekvenování dokončeno genom organismu, tj. veškerá jeho DNA je složitý a náročný úkol a musí být proveden kousek po kousku rozbitím DNA na menší kousky, jejich sekvenováním a následným složením dohromady. Například úplný člověk genom sekvenční zpracování v roce 2003 trvalo 13 let a celkové náklady 3 miliardy USD. S pokrokem v technologii genomy lze sekvenovat relativně rychleji a s nižšími náklady pomocí metod, jako je Sangerovo sekvenování a sekvenování nové generace. Jakmile je genom sekvenován a dekódován, otevírají se neomezené možnosti pro identifikaci potenciálních oblastí biologického výzkumu a dosažení pokroku směrem k cílenému vývoji aplikací.
Tým 40 výzkumníků z Cornell University a z celého světa provedl celý postup genom vody kapradina zvaná Azolla filiculoides1,2. Tato kapradina je běžně vidět, že roste v teplejších teplotách a tropických oblastech světa. Projekt odhalování genomických tajemství kapradiny se připravoval již nějakou dobu a byl podpořen finančními prostředky ve výši 22,160 123 USD od 75 podporovatelů prostřednictvím crowdfundingové stránky Experiment.com. Výzkumníci nakonec získali finanční prostředky na provedení sekvenování od Pekingského institutu genomiky ve spolupráci s Utrechtskou univerzitou. Tento drobný druh plovoucí kapradiny, který se vejde přes nehet, má velikost genomu XNUMX gigabází (nebo miliard párů bází). Je známo, že kapradiny mají velké genomy, průměrná velikost 12 gigabází, avšak žádný z větších genomů kapradin nebyl dosud dekódován. Cílem takto propracovaného projektu bylo poskytnout vodítka k tomu, jaký by mohl být potenciál této kapradiny.
Na tom bylo odhaleno mnoho zajímavých aspektů kapradiny Azolla genom sekvenační studie publikovaná v Přírodní rostliny a poskytly směr pro budoucí výzkum potenciálních oblastí, ve kterých může být tato kapradina prospěšná. Kapradina Azolla byla rozšířena a rostla před téměř 50 miliony let planeta kolem Severního ledového oceánu. Během té doby byla Země také teplejší ve srovnání se současnými podmínkami a tato kapradina se předpokládala, že hraje významnou roli při udržování planeta chladič tím, že zachytí asi 10 bilionů tun oxidu uhličitého z atmosféry v průběhu 1 milionu let. Zde vidíme potenciální roli této kapradiny v boji a ochraně naší planeta z globálního oteplování způsobeného změnou klimatu.
Předpokládá se také, že kapradina hraje důležitou roli při fixaci dusíku, což je proces, který kombinuje volný dusík (N2) v atmosféře – inertní plyn, který je hojně dostupný ve vzduchu – s dalšími chemickými prvky za účelem vytvoření reaktivnějších sloučenin na bázi dusíku, např. dusičnany atd., které pak mohou být použity v různých aplikacích, jako je hnojivo pro zemědělské účely. Genome údaje nám říkají o symbiotickém vztahu (vzájemném přínosu) této kapradiny se sinicí jménem Nostoc azollae. List kapradiny hostí tyto sinice v malých dírkách a tyto bakterie fixují dusík, čímž produkují kyslík které by kapradina a okolní rostoucí rostliny mohly využít. Na druhé straně kyano bakterie shromažďují energii prostřednictvím fotosyntézy rostlin, když jí kapradina poskytuje palivo. Proto by tato kapradina mohla být případně použita jako přírodní zelené hnojivo a možná by bylo možné eliminovat používání dusíkatých hnojiv, které propagují udržitelnější zemědělské postupy. Autoři říkají, že mít obojí genomy cyanobakterií a nyní kapradiny se výzkum může zaměřit na rozvoj a přijetí takových udržitelných postupů. Zajímavé je, že kapradina Azolla byla přidávána do rýžových polí jako zelené hnojení asijskými farmáři již více než 1000 let.
Výzkumníci také identifikovali důležitý přirozeně modifikovaný (insekticidní) gen v kapradině, který má schopnost poskytovat odolnost vůči hmyzu. Tento gen při přenosu do rostlin bavlníku poskytuje masivní ochranu před hmyzem. Předpokládá se, že tento „insekticidní“ gen byl přenesen nebo „předán“ z bakterií na kapradinu a je považován za velmi specifickou složku linie kapradiny, tj. úspěšně se předával z generace na generaci. Objev potenciální ochrany před hmyzem bude mít nutně silný dopad na zemědělskou praxi.
Tato studie ukazuje, že „čistá věda“ odhalující vůbec první genomické informace z kapradin je významným krokem směrem k odhalení a pochopení klíčových rostlinných genů. Pomáhá také lépe porozumět evoluční historii kapradin, tj. jak se jejich vlastnosti vyvíjely v průběhu generací. Porozumění rostlinám je velmi důležité pro zkoumání a pochopení toho, jak spolu žijí flóra a fauna přátelsky na našem území. planeta a takovému výzkumu by měl být přikládán význam spíše než jeho označování za něco, co není dostatečně významné. Po sekvenování Azolla filiculoides a Salvinia cucullata je již více než 10 druhů kapradin připraveno k dalšímu výzkumu.
***
{Původní výzkumný dokument si můžete přečíst kliknutím na odkaz DOI uvedený níže v seznamu citovaných zdrojů}
Zdroje)
1. Fay-Wei L a kol. 2018. Kapradina genomy objasnit evoluci suchozemských rostlin a symbiózy sinic. Přírodní rostliny. 4 (7). https://doi.org/10.1038/s41477-018-0188-8
2. Fernbase https://www.fernbase.org/. [Přístup 18. července 2018].
***
