ژنوم سرخس رمزگشایی شده: امید برای پایداری محیطی

باز کردن اطلاعات ژنتیکی سرخس می‌تواند راه‌حل‌های بالقوه‌ای را برای مسائل متعددی که ما با آن مواجه هستیم ارائه دهد سیاره امروز.

In ژنوم ترتیب دهی، DNA توالی یابی برای تعیین ترتیب نوکلئوتیدها در هر مولکول DNA خاص انجام می شود. این ترتیب دقیق برای درک نوع اطلاعات ژنتیکی موجود در DNA ارزشمند است. از آنجایی که ژن‌ها پروتئین‌هایی را کد می‌کنند که مسئول اکثر عملکردهای بدن هستند، این اطلاعات می‌تواند به درک تأثیر عملکرد آنها در بدن کمک کند. توالی یابی کامل شد ژنوم از یک ارگانیسم یعنی تمام DNA آن یک کار پیچیده و چالش برانگیز است و باید ذره ذره با شکستن DNA به قطعات کوچکتر، ترتیب دادن آنها و سپس کنار هم قرار دادن همه آنها انجام شود. مثلاً انسان کامل ژنوم توالی یابی در سال 2003 13 سال به طول انجامید و هزینه کل آن 3 میلیارد دلار بود. با پیشرفت تکنولوژی ژنوم با استفاده از روش هایی مانند توالی یابی Sanger و توالی یابی نسل بعدی می توان نسبتاً سریعتر و با هزینه کمتر توالی یابی کرد. هنگامی که یک ژنوم توالی یابی و رمزگشایی می شود، امکانات نامحدودی برای شناسایی مناطق بالقوه تحقیقات بیولوژیکی و پیشرفت به سمت توسعه برنامه های کاربردی هدفمند باز می شود.

تیمی متشکل از 40 محقق از دانشگاه کرنل و سراسر جهان، توالی کامل را تعیین کرده اند ژنوم از یک آب سرخس Azolla filiculoides نامیده می شود^1,2. این سرخس معمولاً در دماهای گرمتر و مناطق گرمسیری جهان رشد می کند. پروژه کشف اسرار ژنومی سرخس مدتی است که در خط لوله قرار دارد و با سرمایه 22,160 دلاری از 123 حامی از طریق یک سایت تأمین مالی جمعی به نام Experiment.com حمایت می شود. محققان در نهایت بودجه ای را برای انجام توالی یابی از موسسه ژنومیک پکن با همکاری دانشگاه اوترخت دریافت کردند. این گونه کوچک سرخس شناور که روی ناخن انگشت قرار می گیرد، اندازه ژنوم آن 75 گیگابایت (یا میلیارد جفت پایه) است. سرخس ها بزرگ هستند ژنومبه طور متوسط ​​12 گیگا باز اندازه دارد، اما هیچ یک از ژنوم های بزرگتر سرخس تاکنون رمزگشایی نشده است. چنین پروژه مفصلی با هدف ارائه سرنخ هایی در مورد پتانسیل این سرخس انجام شد.

بسیاری از جنبه های جالب از سرخس آزولا در این مورد کشف شده است ژنوم مطالعه توالی منتشر شده در گیاهان طبیعت و جهت تحقیقات آتی در مورد مناطق بالقوه ای که این سرخس می تواند در آنها مفید باشد، ارائه کرده است. سرخس آزولا تقریباً 50 میلیون سال پیش در این مورد گسترش یافته و رشد کرده است سیاره در اطراف اقیانوس منجمد شمالی در آن زمان زمین نیز نسبت به شرایط کنونی گرمتر بود و تصور می شد که این سرخس نقش مهمی در نگهداری سیاره با جذب حدود 10 تریلیون تن دی اکسید کربن از اتمسفر در طول 1 میلیون سال خنک تر است. در اینجا ما نقش بالقوه این سرخس را در مبارزه و محافظت از خود می بینیم سیاره از گرمایش جهانی ناشی از تغییرات آب و هوایی.

همچنین تصور می‌شود که سرخس نقش مهمی در تثبیت نیتروژن ایفا می‌کند، فرآیندی که نیتروژن آزاد (N2) را در اتمسفر - یک گاز بی‌اثر که به وفور در هوا موجود است - با سایر عناصر شیمیایی ترکیب می‌کند تا ترکیبات مبتنی بر نیتروژن را فعال‌تر کند، مانند آمونیاک. نیترات ها و غیره که سپس می توانند در کاربردهای مختلف مانند کود برای اهداف کشاورزی استفاده شوند. ژنوم داده ها به ما در مورد یک رابطه همزیستی (منافع متقابل) این سرخس با سیانوباکتری به نام Nostoc azollae می گوید. برگ سرخس میزبان این سیانوباکترها در سوراخ های کوچک است و این باکتری ها نیتروژن را تثبیت می کنند و در نتیجه تولید می کنند. اکسیژن که سرخس و گیاهان در حال رشد اطراف می توانند از آن استفاده کنند. به نوبه خود، سیانو باکتری هنگامی که سرخس برای آن سوخت فراهم می کند، انرژی را از طریق فتوسنتز گیاه جمع آوری می کند. بنابراین، این سرخس احتمالاً می تواند به عنوان یک کود سبز طبیعی مورد استفاده قرار گیرد و احتمالاً استفاده از کودهای نیتروژنی را حذف کرده و در کشاورزی پایدارتر فعالیت می کند. نویسندگان می گویند که داشتن هر دو ژنوم در مورد سیانوباکترها و در حال حاضر سرخس، تحقیقات می تواند بر روی توسعه و اتخاذ چنین شیوه های پایدار متمرکز شود. جالب توجه است که سرخس آزولا در شالیزارهای برنج به عنوان کود سبز توسط کشاورزان آسیایی برای بیش از 1000 سال اضافه شده است.

محققان همچنین یک ژن تغییر یافته طبیعی (حشره کش) مهم را در سرخس شناسایی کرده اند که به نظر می رسد توانایی ایجاد مقاومت در برابر حشرات را دارد. این ژن هنگامی که به گیاهان پنبه منتقل می شود محافظت گسترده ای در برابر حشرات ایجاد می کند. تصور می‌شود که این ژن «حشره‌کش» از باکتری‌ها به سرخس منتقل یا «هدیه» شده است و به نظر می‌رسد که جزء بسیار خاصی از دودمان سرخس است، یعنی با موفقیت از نسلی به نسل دیگر منتقل شده است. کشف حفاظت بالقوه در برابر حشرات موظف است تأثیر قوی بر روی شیوه های کشاورزی داشته باشد.

این مطالعه نشان می‌دهد که «علم ناب» کشف اولین اطلاعات ژنومی سرخس‌ها گام بزرگی در جهت کشف و درک ژن‌های حیاتی گیاهی است. همچنین به درک بهتر تاریخچه تکامل سرخس ها کمک می کند، یعنی اینکه چگونه ویژگی های آنها در طول نسل ها تکامل یافته است. درک گیاهان برای کاوش و درک اینکه چگونه گیاهان و جانوران با هم به صورت دوستانه در ما وجود دارند بسیار مهم است. سیاره و باید به چنین تحقیقاتی به جای برچسب گذاری به عنوان چیزی که به اندازه کافی مهم نیست، اهمیت داده شود. پس از تعیین توالی Azolla filiculoides و Salvinia cucullata، بیش از 10 گونه سرخس در حال حاضر برای تحقیقات بیشتر در خط لوله هستند.

***

{شما می‌توانید مقاله پژوهشی اصلی را با کلیک بر روی پیوند DOI که در فهرست منابع ذکر شده در زیر آمده است بخوانید}

منبع (ها)

1. Fay-Wei L et al. 2018. سرخس ژنوم تکامل گیاه زمین و همزیستی سیانوباکتری را روشن می کند. گیاهان طبیعت. 4 (7). https://doi.org/10.1038/s41477-018-0188-8

2. فرن بیس https://www.fernbase.org/. [دسترسی در 18 ژوئیه 2018].

***