Å låse opp den genetiske informasjonen til en bregne kan gi oss potensielle løsninger på flere problemer vi står overfor planet i dag.
In genom sekvensering, DNA sekvensering gjøres for å bestemme rekkefølgen av nukleotider i hvert spesifikt DNA-molekyl. Denne nøyaktige rekkefølgen er av verdi for å kunne forstå hvilken type genetisk informasjon som bæres i DNA. Siden gener koder for proteiner som er ansvarlige for de fleste kroppsfunksjoner, kan denne informasjonen bidra til å forstå effekten av deres funksjon i kroppen. Sekvenseringen er fullført genom av en organisme, dvs. alt dens DNA er en kompleks og utfordrende oppgave og må gjøres bit for bit ved å bryte DNA i mindre biter, sekvensere dem og deretter sette det hele sammen. For eksempel det komplette mennesket genom ble sekvensert i 2003 tok 13 år og en total kostnad på 3 milliarder USD. Med fremskritt innen teknologi genomer kan sekvenseres relativt raskere og til en lavere kostnad ved hjelp av metoder som Sanger-sekvensering og neste generasjons sekvensering. Når et genom er sekvensert og dekodet, åpner det seg ubegrensede muligheter for å identifisere potensielle områder innen biologisk forskning og gjøre fremskritt mot målrettet applikasjonsutvikling.
Et team på 40 forskere fra Cornell University og rundt om i verden har sekvensert hele genom av et vann bregne kalt Azolla filiculoides1,2. Denne bregnen er ofte sett på å vokse i varmere temperaturer og tropiske områder i verden. Prosjektet med å avdekke genomiske hemmeligheter til bregnen har vært i pipelinen en stund og ble støttet av midler på USD 22,160 123 fra 75 støttespillere gjennom et crowdfunding-nettsted kalt Experiment.com. Forskere fikk etter hvert midler til å utføre sekvenseringen fra Beijing Genomics Institute i samarbeid med Utrecht University. Denne lille flytende bregnearten som passer over en fingernegl har en genomstørrelse på XNUMX gigabaser (eller milliarder basepar). Bregner er kjent for å ha store genomer, gjennomsnittlig 12 gigabaser i størrelse, men ingen av de større bregne-genomene har blitt dekodet så langt. Et slikt forseggjort prosjekt hadde som mål å gi ledetråder om hva som kan være potensialet til denne bregnen.
Mange interessante aspekter ved bregne Azolla har blitt avdekket på dette genom sekvenseringsstudie publisert i Naturplanter og har gitt retning for fremtidig forskning på potensielle områder der denne bregnen kan være gunstig. Bregnen Azolla var utbredt og vokste for nesten 50 millioner år siden på denne planet rundt Polhavet. I løpet av den tiden var jorden også varmere sammenlignet med nåværende forhold, og denne bregnen ble antatt å spille en betydelig rolle i å holde planet kjøligere ved å fange rundt 10 billioner tonn karbondioksid fra atmosfæren i løpet av 1 million år. Her ser vi en potensiell rolle for denne bregnen i å bekjempe og beskytte vår planet fra global oppvarming som følge av klimaendringer.
Bregnen antas også å spille en viktig rolle i nitrogenfiksering, en prosess som kombinerer fritt nitrogen (N2) i atmosfæren – en inert gass som er rikelig tilgjengelig i luften – med andre kjemiske elementer for å skape mer reaktive nitrogenbaserte forbindelser, f.eks. ammoniakk, nitrater etc som deretter kan brukes i ulike applikasjoner som gjødsel til landbruksformål. Genome data forteller oss om et symbiotisk forhold (gjensidig nytte) av denne bregnen med en cyanobakterie ved navn Nostoc azollae. Bregnebladet er vert for disse cyanobakteriene i bittesmå hull, og disse bakteriene fikserer nitrogen og produserer derved oksygen som bregnen og omkringliggende voksende planter kunne bruke. I sin tur cyano bakterie samle energi gjennom plantens fotosyntese når bregnen gir den drivstoff. Derfor kan denne bregnen muligens brukes som en naturlig grønn gjødsel og muligens eliminere bruken av nitrogengjødsel som forplanter mer bærekraftig landbrukspraksis. Forfattere sier at å ha både genomer av cyanobakterier og nå bregnen, kan forskningen fokuseres på å utvikle og ta i bruk slike bærekraftige praksiser. Interessant nok har bregne Azolla allerede blitt tilsatt i rismarker som grønn gjødsel av asiatiske bønder i mer enn 1000 år.
Forskere har også identifisert et viktig naturlig modifisert (insektmiddel) gen i bregnen som er sett å ha evnen til å gi insektresistens. Dette genet når det overføres til bomullsplanter, gir massiv beskyttelse mot insekter. Dette 'insektdrepende' genet antas å bli overført eller 'begavet' fra bakterier til bregnen og anses å være en veldig spesifikk komponent av bregnens avstamning, dvs. at det har blitt videreført med suksess fra generasjon til generasjon. Oppdagelsen av potensiell beskyttelse mot insekter vil garantert ha en sterk innvirkning på landbrukspraksis.
Denne studien viser at "ren vitenskap" med å avdekke den første genomiske informasjonen fra bregner er et stort skritt i retning av å avdekke og forstå viktige plantegener. Det hjelper også med en bedre forståelse av bregners evolusjonshistorie, dvs. hvordan funksjonene deres har utviklet seg gjennom generasjonene. Forståelse av planter er svært avgjørende for å utforske og forstå hvordan flora og fauna eksisterer sammen i minnelighet på vår planet og slik forskning bør tillegges betydning i stedet for å merke den som noe som ikke er betydelig nok. Etter sekvensering av Azolla filiculoides og Salvinia cucullata, er mer enn 10 bregnearter allerede i pipeline for videre forskning.
***
{Du kan lese den originale forskningsoppgaven ved å klikke på DOI-lenken nedenfor i listen over siterte kilder}
Source (s)
1. Fay-Wei L et al. 2018. Fern genomer belyse landplantevolusjon og cyanobakterielle symbioser. Naturplanter. 4 (7). https://doi.org/10.1038/s41477-018-0188-8
2. Fernbase https://www.fernbase.org/. [Åpnet 18. juli 2018].
***
