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Decodificato il genoma della felce: speranza per la sostenibilità ambientale

Sbloccare le informazioni genetiche di una felce potrebbe fornirci potenziali soluzioni a molteplici problemi affrontati dai nostri pianeta oggi.

In genoma sequenziamento, DNA il sequenziamento viene eseguito per determinare l'ordine dei nucleotidi in ogni specifica molecola di DNA. Questo ordine esatto è utile per poter comprendere il tipo di informazione genetica trasportata nel DNA. Poiché i geni codificano per proteine ​​responsabili della maggior parte delle funzioni corporee, queste informazioni possono aiutare a comprendere l’effetto della loro funzione nel corpo. Sequenziamento completato genoma di un organismo, ovvero tutto il suo DNA, è un compito complesso e impegnativo e deve essere svolto poco a poco rompendo il DNA in pezzi più piccoli, sequenziandoli e poi mettendoli tutti insieme. Ad esempio, l'essere umano completo genoma È stato sequenziato nel 2003, ha richiesto 13 anni e un costo totale di 3 miliardi di dollari. Con il progresso della tecnologia genomi può essere sequenziato relativamente più velocemente e a un costo inferiore utilizzando metodi come il sequenziamento Sanger e il sequenziamento di nuova generazione. Una volta sequenziato e decodificato un genoma, si aprono possibilità illimitate per identificare potenziali aree di ricerca biologica e compiere progressi verso lo sviluppo di applicazioni mirate.

Un team di 40 ricercatori della Cornell University e di tutto il mondo ha sequenziato il tutto genoma di un'acqua felce chiamato Azolla filiculoides1,2. Si vede comunemente che questa felce cresce nelle temperature più calde e nelle regioni tropicali del mondo. Il progetto per svelare i segreti genomici della felce è in cantiere da tempo ed è stato sostenuto con fondi di 22,160 dollari da parte di 123 sostenitori attraverso un sito di crowdfunding chiamato Experiment.com. I ricercatori hanno infine ricevuto finanziamenti per effettuare il sequenziamento dal Beijing Genomics Institute in collaborazione con l’Università di Utrecht. Questa minuscola specie di felce galleggiante che si adatta a un'unghia ha una dimensione del genoma di 75 gigabasi (o miliardi di paia di basi). È noto che le felci sono grandi genomi, con una dimensione media di 12 gigabasi, tuttavia finora nessuno dei genomi delle felci più grandi è stato decodificato. Un progetto così elaborato aveva lo scopo di fornire indizi su quali potessero essere le potenzialità di questa felce.

Su questo sono stati scoperti molti aspetti interessanti della felce Azolla genoma studio di sequenziamento pubblicato in Natura Piante e hanno fornito indicazioni per la ricerca futura su potenziali aree in cui questa felce può essere utile. Su questa zona era diffusa e cresceva la felce Azolla quasi 50 milioni di anni fa pianeta intorno all'Oceano Artico. In quel periodo la Terra era anche più calda rispetto alle condizioni attuali e si pensava che questa felce giocasse un ruolo significativo nel mantenere la temperatura pianeta più fresco, catturando circa 10 trilioni di tonnellate di anidride carbonica dall’atmosfera nel corso di 1 milione di anni. Qui vediamo un potenziale ruolo per questa felce nel combattere e proteggere la nostra pianeta dal riscaldamento globale causato dai cambiamenti climatici.

Si ritiene inoltre che la felce svolga un ruolo importante nella fissazione dell'azoto, un processo che combina l'azoto libero (N2) nell'atmosfera - un gas inerte disponibile in abbondanza nell'aria - con altri elementi chimici per creare composti più reattivi a base di azoto, ad esempio ammoniaca, nitrati ecc. che possono poi essere utilizzati in varie applicazioni come fertilizzanti per scopi agricoli. Genoma i dati ci parlano di una relazione simbiotica (mutuo beneficio) di questa felce con un cianobatterio chiamato Nostoc azollae. La foglia della felce ospita questi cianobatteri in piccoli fori e questi batteri fissano l'azoto producendolo ossigeno che la felce e le piante in crescita circostanti potrebbero usare. A sua volta, ciano batteri raccogliere energia attraverso la fotosintesi della pianta quando la felce le fornisce carburante. Pertanto, questa felce potrebbe essere utilizzata come fertilizzante verde naturale ed eventualmente eliminare l'uso di fertilizzanti azotati propagando pratiche agricole più sostenibili. Gli autori dicono che avere entrambi i file genomi dei cianobatteri e ora della felce, la ricerca può concentrarsi sullo sviluppo e sull’adozione di tali pratiche sostenibili. È interessante notare che la felce Azolla viene già aggiunta nelle risaie come concime verde dagli agricoltori asiatici da più di 1000 anni.

I ricercatori hanno anche identificato un importante gene (insetticida) modificato naturalmente nella felce che si ritiene abbia la capacità di fornire resistenza agli insetti. Questo gene, quando viene trasferito alle piante di cotone, fornisce una protezione massiccia dagli insetti. Si pensa che questo gene "insetticida" sia trasferito o "donato" dai batteri alla felce ed è considerato un componente molto specifico del lignaggio della felce, cioè è stato trasmesso con successo di generazione in generazione. La scoperta di una potenziale protezione dagli insetti è destinata ad avere un forte impatto sulle pratiche agricole.

Questo studio dimostra che la "scienza pura" che svela per la prima volta le informazioni genomiche delle felci rappresenta un passo importante nella direzione della scoperta e della comprensione dei geni cruciali delle piante. Aiuta anche a comprendere meglio la storia evolutiva delle felci, ovvero come le loro caratteristiche si sono evolute nel corso delle generazioni. La comprensione delle piante è fondamentale per esplorare e comprendere come la flora e la fauna coesistono amichevolmente sul nostro pianeta pianeta e a tale ricerca dovrebbe essere data importanza piuttosto che etichettarla come qualcosa che non è abbastanza significativa. Dopo aver sequenziato Azolla filiculoides e Salvinia cucullata, più di 10 specie di felci sono già in fase di studio per ulteriori ricerche.

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{Puoi leggere il documento di ricerca originale facendo clic sul collegamento DOI indicato di seguito nell'elenco delle fonti citate}

Fonte (s)

1. Fay-Wei L et al. 2018. Felce genomi chiarire l’evoluzione delle piante terrestri e le simbiosi cianobatteriche. Natura Piante. 4 (7). https://doi.org/10.1038/s41477-018-0188-8

2. Base di felci https://www.fernbase.org/. [Accesso 18 luglio 2018].

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