Að opna erfðafræðilegar upplýsingar um fern gæti veitt okkur hugsanlegar lausnir á mörgum vandamálum sem okkar standa frammi fyrir reikistjarna í dag.
In erfðamengi röðun, DNA raðgreining er gerð til að ákvarða röð núkleótíða í hverri sérstakri DNA sameind. Þessi nákvæma röð er mikilvæg til að geta skilið hvers konar erfðafræðilegar upplýsingar eru í DNA. Þar sem gen kóða fyrir prótein sem bera ábyrgð á flestum líkamsstarfsemi geta þessar upplýsingar hjálpað til við að skilja áhrif starfsemi þeirra í líkamanum. Röðun lokið erfðamengi lífveru, þ.e. allt DNA hennar er flókið og krefjandi verkefni og þarf að vinna smátt og smátt með því að brjóta DNA í smærri hluta, raða þeim og setja allt svo saman. Til dæmis heill manneskjan erfðamengi var raðgreint árið 2003 tók 13 ár og heildarkostnaður 3 milljarðar Bandaríkjadala. Með framfarir í tækni erfðamengi hægt að raða hlutfallslega hraðar og með lægri kostnaði með því að nota aðferðir eins og Sanger raðgreiningu og næstu kynslóðar raðgreiningu. Þegar erfðamengi hefur verið raðgreint og afkóðað opnast ótakmarkaðir möguleikar til að greina hugsanleg svæði líffræðilegra rannsókna og taka framförum í átt að markvissri umsóknarþróun.
Hópur 40 vísindamanna frá Cornell háskólanum og um allan heim hefur raðgreint allt erfðamengi af vatni Fern kallaður Azolla filiculoides1,2. Þessi fern er almennt séð að vaxa í hlýrri hitastigi og suðrænum svæðum heimsins. Verkefnið að afhjúpa erfðafræðilegt leyndarmál fernunnar hefur verið í burðarliðnum um hríð og var stutt af fjármunum upp á 22,160 USD frá 123 bakhjörlum í gegnum hópfjármögnunarsíðu sem heitir Experiment.com. Vísindamenn fengu að lokum styrk til að framkvæma raðgreininguna frá Beijing Genomics Institute í samvinnu við Utrecht háskólann. Þessi litla fljótandi ferntegund sem passar yfir fingurnögl hefur erfðamengistærð upp á 75 gígabasa (eða milljarðar basapöra). Fernar eru þekktar fyrir að hafa stórar erfðamengi, að meðaltali 12 gígabasar að stærð, hins vegar hefur ekkert af stærri genamengjunum verið afkóða hingað til. Svo vandað verkefni var ætlað að gefa vísbendingar um hvað gæti verið möguleiki þessarar fernunnar.
Margir áhugaverðir þættir fern Azolla hafa verið afhjúpaðir við þetta erfðamengi raðgreiningarrannsókn birt í Náttúruplöntur og hafa veitt leiðbeiningar fyrir framtíðarrannsóknir á hugsanlegum svæðum þar sem þessi fern getur verið gagnleg. Fern Azolla var útbreidd og óx á þessu fyrir tæpum 50 milljónum ára reikistjarna umhverfis Norður-Íshafið. Á þeim tíma var jörðin einnig hlýrri miðað við núverandi aðstæður og þessi fern var talin gegna mikilvægu hlutverki við að halda jörðinni reikistjarna kælir með því að fanga um 10 billjón tonn af koltvísýringi úr andrúmsloftinu á 1 milljón árum. Hér sjáum við hugsanlegt hlutverk fyrir þessa fern í að berjast gegn og vernda okkar reikistjarna vegna hlýnunar jarðar af völdum loftslagsbreytinga.
Fernið er einnig talið gegna mikilvægu hlutverki í köfnunarefnisbindingu, ferli sem sameinar frjálst köfnunarefni (N2) í andrúmsloftinu – óvirku gasi sem er mikið til í lofti – við önnur efnafræðileg frumefni til að búa til hvarfgjarnari köfnunarefnisbundin efnasambönd, td ammoníak, nítröt osfrv Erfðamengi gögn segja okkur frá samlífi (gagnkvæmum ávinningi) þessarar fernu við blábakteríur sem heitir Nostoc azollae. Fernblaðið hýsir þessar blágrænu bakteríur í örsmáum götum og þessar bakteríur binda nitur og mynda þar með súrefni sem ferninn og nærliggjandi vaxandi plöntur gætu notað. Aftur á móti blýantur bakteríur safna orku í gegnum ljóstillífun plantna þegar fernan gefur henni eldsneyti. Þess vegna væri mögulega hægt að nota þessa fern sem náttúrulegan grænan áburð og hugsanlega útrýma notkun köfnunarefnisáburðar sem fjölgar sjálfbærari landbúnaði. Höfundar segja að hafa bæði erfðamengi af blábakteríum og nú fernunni, er hægt að einbeita sér að því að þróa og taka upp slíkar sjálfbærar aðferðir. Athyglisvert er að fern Azolla hefur þegar verið bætt í hrísgrjónagarða sem grænan áburð af asískum bændum í meira en 1000 ár.
Vísindamenn hafa einnig greint mikilvægt náttúrulega breytt (skordýraeitur) gen í fernunni sem sést hafa getu til að veita skordýraþol. Þetta gen veitir gríðarlega vernd gegn skordýrum þegar það er flutt yfir í bómullarplöntur. Talið er að þetta „skordýraeitur“ gen sé flutt eða „gefið“ frá bakteríum yfir á fernuna og er talið vera mjög sérstakur hluti af ætt fernunnar, þ.e. það hefur borist með góðum árangri frá kynslóð til kynslóðar. Uppgötvun mögulegrar verndar gegn skordýrum hlýtur að hafa mikil áhrif á landbúnaðarhætti.
Þessi rannsókn sýnir að „hrein vísindi“ um að afhjúpa fyrstu erfðafræðilegar upplýsingar frá fernum eru stórt skref í þá átt að afhjúpa og skilja mikilvæg plöntugen. Það hjálpar einnig við betri skilning á þróunarsögu ferna, þ.e. hvernig eiginleikar þeirra hafa þróast í gegnum kynslóðirnar. Skilningur á plöntum er mjög mikilvægur til að kanna og skilja hvernig gróður og dýralíf eru saman í vinsemd á okkar reikistjarna og ætti að gefa slíkum rannsóknum vægi frekar en að merkja þær sem eitthvað sem er ekki nógu merkilegt. Eftir raðgreiningu á Azolla filiculoides og Salvinia cucullata eru meira en 10 ferntegundir þegar í leiðslu til frekari rannsókna.
***
{Þú getur lesið upprunalegu rannsóknarritgerðina með því að smella á DOI hlekkinn sem gefinn er upp hér að neðan á listanum yfir tilvitnaðar heimildir}
Heimildir)
1. Fay-Wei L o.fl. 2018. Fern erfðamengi útskýra þróun landplantna og samlífi blábaktería. Náttúruplöntur. 4 (7). https://doi.org/10.1038/s41477-018-0188-8
2. Fernbase https://www.fernbase.org/. [Skoðað 18. júlí 2018].
***
