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 sequencing is done to determine the order of nucleotides in every specific DNA molecule. This exact order is of value to be able to understand the type of genetic information carried in the DNA. Since genes encode for protein which are responsible for most body functions, this information can help to understand the effect of their function in the body. Sequencing complete Genom of an organism i.e. all of its DNA is a complex and challenging task and has to be done bit by bit by breaking DNA into smaller pieces, sequencing them and then putting it all together. For example, the complete human Genom was sequenced in 2003 took 13 years and a total cost of USD 3 billion. With advancement in technology Genome can be sequenced relatively faster and at a lower cost using methods like Sanger sequencing and Next-generation sequencing. Once a genome is sequenced and decoded, unlimited possibilities open up for identifying potential areas of biological research and making progress towards targeted application development.
A team of 40 researchers from Cornell University and around the world have sequenced the full Genom von einem Wasser Farn genannt Azolla filiculoides1,2. This fern is commonly seen to be growing in warmer temperatures and tropical regions of the world. The project of unravelling genomic secrets of the fern has been in the pipeline for a while and was backed by funds of USD 22,160 from 123 backers through a crowdfunding site called Experiment.com. Researchers eventually received funding to carry out the sequencing from Beijing Genomics Institute in collaboration with Utrecht University. This tiny floating fern species which fits over a finger nail has a genome size of .75 gigabases (or billion base pairs). Ferns are known to have large Genome, average of 12 gigabases in size, however none of the larger fern genomes have been decoded so far. Such an elaborate project was aimed at providing clues on what could be the potential of this fern.
Many interesting aspects of fern Azolla have been uncovered upon this Genom sequencing study published 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.
The fern is also thought to play an important role in nitrogen fixation, a process which combines free nitrogen (N2) in the atmosphere – an inert gas available abundantly in air – with other chemical elements to create more reactive nitrogen-based compounds e.g. ammonia, nitrates etc which can then be used in various applications like fertilizer for agriculture purposes. Genome data tells us about a symbiotic relationship (mutual benefit) of this fern with a cyanobacteria named Nostoc azollae. The fern leaf host these cyanobacteria in tiny holes and these bacteria fix nitrogen thereby producing Sauerstoff die der Farn und die umliegenden wachsenden Pflanzen verwenden könnten. Im Gegenzug Cyano Bakterien gather energy through the plant photosynthesis when the fern provides it fuel. Therefore, this fern could be possibly used as a natural green fertilizer and possibly eliminate usage of nitrogen fertilizers propagating more sustainable agricultures practises. Authors say that having both the Genome of cyanobacteria and now the fern, research can be focused on developing and adopting such sustainable practises. Interestingly, fern Azolla has already been added in rice paddies as green manure by Asian farmers for more than 1000 years.
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. Fern Genome elucidate land plant evolution and cyanobacterial symbioses. 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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