Die Entschlüsselung der genetischen Informationen eines Farns könnte uns potenzielle Lösungen für zahlreiche Probleme bieten, mit denen unser Farn konfrontiert ist Planet heute.
In Genom Sequenzierung, DNA Die Sequenzierung wird durchgeführt, um die Reihenfolge der Nukleotide in jedem spezifischen DNA-Molekül zu bestimmen. Diese genaue Reihenfolge ist wichtig, um die Art der in der DNA enthaltenen genetischen Informationen zu verstehen. Da Gene für Proteine kodieren, die für die meisten Körperfunktionen verantwortlich sind, können diese Informationen helfen, die Wirkung ihrer Funktion im Körper zu verstehen. Sequenzierung abgeschlossen Genom eines Organismus, also seiner gesamten DNA, ist eine komplexe und herausfordernde Aufgabe und muss Stück für Stück bewältigt werden, indem die DNA in kleinere Stücke zerlegt, sequenziert und dann alles zusammengefügt wird. Zum Beispiel der komplette Mensch Genom Die Sequenzierung im Jahr 2003 dauerte 13 Jahre und kostete insgesamt 3 Milliarden US-Dollar. Mit technologischem Fortschritt Genome können mit Methoden wie Sanger-Sequenzierung und Next-Generation-Sequenzierung relativ schneller und zu geringeren Kosten sequenziert werden. Sobald ein Genom sequenziert und entschlüsselt ist, eröffnen sich unbegrenzte Möglichkeiten, potenzielle Bereiche der biologischen Forschung zu identifizieren und Fortschritte bei der gezielten Anwendungsentwicklung zu erzielen.
Ein Team aus 40 Forschern der Cornell University und der ganzen Welt hat die vollständige Sequenzierung durchgeführt Genom von einem Wasser Farn genannt Azolla filiculoides1,2. Dieser Farn wächst häufig in wärmeren Temperaturen und in tropischen Regionen der Welt. Das Projekt zur Entschlüsselung der genomischen Geheimnisse des Farns ist seit einiger Zeit in Planung und wurde über eine Crowdfunding-Seite namens Experiment.com mit 22,160 US-Dollar von 123 Unterstützern unterstützt. Die Forscher erhielten schließlich vom Beijing Genomics Institute in Zusammenarbeit mit der Universität Utrecht Gelder für die Durchführung der Sequenzierung. Diese winzige schwimmende Farnart, die über einen Fingernagel passt, hat eine Genomgröße von 75 Gigabasen (oder Milliarden Basenpaaren). Es ist bekannt, dass Farne groß sind Genome, durchschnittlich 12 Gigabasen groß, jedoch wurde bisher keines der größeren Farngenome entschlüsselt. Ziel eines derart aufwändigen Projekts war es, Hinweise auf das Potenzial dieses Farns zu geben.
Dabei wurden viele interessante Aspekte des Farns Azolla entdeckt Genom Sequenzierungsstudie veröffentlicht in Nature Plants und haben die Richtung für zukünftige Forschungen zu potenziellen Bereichen vorgegeben, in denen dieser Farn von Nutzen sein kann. Der Farn Azolla war hier weit verbreitet und wuchs vor fast 50 Millionen Jahren Planet rund um den Arktischen Ozean. Während dieser Zeit war es auf der Erde im Vergleich zu den aktuellen Bedingungen auch wärmer, und es wurde angenommen, dass dieser Farn eine wichtige Rolle bei der Erhaltung des Klimas spielt Planet kühler, indem es im Laufe von 10 Million Jahren rund 1 Billionen Tonnen Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnimmt. Hier sehen wir eine potenzielle Rolle dieses Farns bei der Bekämpfung und dem Schutz unserer Planet durch die globale Erwärmung verursacht durch den Klimawandel.
Es wird auch angenommen, dass der Farn eine wichtige Rolle bei der Stickstofffixierung spielt, einem Prozess, der freien Stickstoff (N2) in der Atmosphäre – ein in der Luft reichlich vorhandenes Inertgas – mit anderen chemischen Elementen kombiniert, um reaktivere stickstoffbasierte Verbindungen zu erzeugen, z. B. Ammoniak, Nitrate usw., die dann in verschiedenen Anwendungen wie Düngemitteln für landwirtschaftliche Zwecke verwendet werden können. Genome Die Daten belegen eine symbiotische Beziehung (gegenseitiger Nutzen) dieses Farns mit einem Cyanobakterium namens Nostoc azollae. Das Farnblatt beherbergt diese Cyanobakterien in winzigen Löchern und diese Bakterien binden Stickstoff und produzieren so Sauerstoff die der Farn und die umliegenden wachsenden Pflanzen verwenden könnten. Im Gegenzug Cyano Bakterien Sammeln Sie Energie durch die Photosynthese der Pflanze, wenn der Farn sie als Brennstoff liefert. Daher könnte dieser Farn möglicherweise als natürlicher grüner Dünger verwendet werden und möglicherweise die Verwendung von Stickstoffdüngern überflüssig machen, wodurch nachhaltigere Landwirtschaftspraktiken gefördert werden. Autoren sagen, dass beides vorhanden ist Genome der Cyanobakterien und jetzt des Farns kann sich die Forschung auf die Entwicklung und Einführung solcher nachhaltigen Praktiken konzentrieren. Interessanterweise wird der Farn Azolla bereits seit mehr als 1000 Jahren von asiatischen Bauern als Gründüngung in Reisfeldern ausgebracht.
Forscher haben auch ein wichtiges natürlich modifiziertes (Insektizid) Gen im Farn identifiziert, das die Fähigkeit besitzt, Insektenresistenz zu verleihen. Dieses Gen, wenn es auf Baumwollpflanzen übertragen wird, bietet einen massiven Schutz vor Insekten. Es wird angenommen, dass dieses „insektizide“ Gen von Bakterien auf den Farn übertragen oder „verschenkt“ wurde und als sehr spezifischer Bestandteil der Farnlinie angesehen wird, dh es wurde erfolgreich von Generation zu Generation weitergegeben. Die Entdeckung eines möglichen Schutzes vor Insekten wird einen starken Einfluss auf die landwirtschaftliche Praxis haben.
Diese Studie zeigt, dass die „reine Wissenschaft“, die erstmals genomische Informationen von Farnen enträtselt, einen großen Schritt in Richtung der Aufdeckung und des Verständnisses entscheidender Pflanzengene darstellt. Es hilft auch dabei, die Evolutionsgeschichte der Farne besser zu verstehen, also wie sich ihre Merkmale im Laufe der Generationen entwickelt haben. Das Verständnis von Pflanzen ist von entscheidender Bedeutung, um zu erforschen und zu verstehen, wie Flora und Fauna auf unserem Planeten friedlich zusammenleben Planet und dieser Forschung sollte Bedeutung beigemessen werden, anstatt sie als etwas abzustempeln, das nicht aussagekräftig genug ist. Nach der Sequenzierung von Azolla filiculoides und Salvinia cucullata sind bereits mehr als 10 Farnarten für die weitere Forschung in Vorbereitung.
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{Sie können das ursprüngliche Forschungspapier lesen, indem Sie auf den unten angegebenen DOI-Link in der Liste der zitierten Quellen klicken}
Quelle (n)
1. Fay-Wei L et al. 2018. Farn Genome Aufklärung der Evolution von Landpflanzen und Cyanobakterien-Symbiosen. Nature Plants. 4(7). https://doi.org/10.1038/s41477-018-0188-8
2. Fernbasis https://www.fernbase.org/. [Zugriff am 18. Juli 2018].
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