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Decodificato il genoma della felce: speranza per la sostenibilità ambientale

SCIENZEBIOLOGIADecodificato il genoma della felce: speranza per la sostenibilità ambientale

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

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 contenuta 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. Sequenziare il genoma completo di un organismo, cioè tutto il suo DNA, è un compito complesso e impegnativo e deve essere fatto poco a poco rompendo il DNA in pezzi più piccoli, sequenziandoli e poi mettendo tutto insieme. Ad esempio, il sequenziamento del genoma umano completo nel 2003 ha richiesto 13 anni e un costo totale di 3 miliardi di dollari. Con il progresso della tecnologia, i genomi possono essere sequenziati in modo relativamente più veloce ea un costo inferiore utilizzando metodi come il sequenziamento Sanger e il sequenziamento di nuova generazione. Una volta che un genoma è sequenziato e decodificato, si aprono possibilità illimitate per identificare potenziali aree di ricerca biologica e fare progressi verso lo sviluppo di applicazioni mirate.

Un team di 40 ricercatori della Cornell University e di tutto il mondo ha sequenziato l'intero genoma di un'acqua felce chiamato Azolla filiculoides1,2. Questa felce è comunemente vista crescere nelle temperature più calde e nelle regioni tropicali del mondo. Il progetto di svelare i segreti genomici della felce è in cantiere da tempo ed è stato sostenuto da fondi di 22,160 USD da 123 sostenitori attraverso un sito di crowdfunding chiamato Experiment.com. I ricercatori hanno infine ricevuto finanziamenti per eseguire il sequenziamento dall'Istituto di genomica di Pechino in collaborazione con l'Università di Utrecht. Questa piccola 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 hanno genomi di grandi dimensioni, in media di 12 gigabase, tuttavia nessuno dei genomi di felce più grandi è stato decodificato finora. Un progetto così elaborato mirava a fornire indizi su quali potessero essere le potenzialità di questa felce.

Molti aspetti interessanti della felce Azolla sono stati scoperti in questo studio sul sequenziamento del genoma pubblicato su Natura Piante e hanno fornito indicazioni per la ricerca futura su potenziali aree in cui questa felce può essere utile. La felce Azolla era molto diffusa e cresceva quasi 50 milioni di anni fa su questo pianeta intorno all'Oceano Artico. Durante quel periodo la Terra era anche più calda rispetto alle condizioni attuali e si pensava che questa felce svolgesse un ruolo significativo nel mantenere il pianeta più fresco catturando circa 10 trilioni di tonnellate di anidride carbonica dall'atmosfera nel corso di 1 milione di anni. Qui vediamo un ruolo potenziale per questa felce nella lotta e nella protezione del nostro pianeta dal riscaldamento globale provocato 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 a base di azoto più reattivi come ammoniaca, nitrati ecc che possono poi essere utilizzati in varie applicazioni come fertilizzanti per scopi agricoli. I dati sul genoma ci parlano di una relazione simbiotica (mutuo beneficio) di questa felce con un cianobatterio chiamato Nostoc azollae. La foglia di felce ospita questi cianobatteri in piccoli fori e questi batteri fissano l'azoto producendo così ossigeno che la felce e le piante in crescita circostanti potrebbero usare. A sua volta, ciano batteri raccogliere energia attraverso la fotosintesi delle piante quando la felce le fornisce carburante. Pertanto, questa felce potrebbe essere utilizzata come fertilizzante verde naturale ed eventualmente eliminare l'uso di fertilizzanti azotati che propagano pratiche agricole più sostenibili. Gli autori affermano che avendo sia i genomi dei cianobatteri che ora la felce, la ricerca può essere focalizzata sullo sviluppo e l'adozione di tali pratiche sostenibili. È interessante notare che la felce Azolla è già stata aggiunta nelle risaie come concime verde dagli agricoltori asiatici per 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 mostra che la "scienza pura" di svelare le prime informazioni genomiche in assoluto dalle felci è un passo importante nella direzione della scoperta e della comprensione dei geni fondamentali delle piante. Aiuta anche a una migliore comprensione della storia evolutiva delle felci, ovvero come le loro caratteristiche si sono evolute nel corso delle generazioni. La comprensione delle piante è molto cruciale per esplorare e comprendere come flora e fauna coesistano insieme amichevolmente sul nostro pianeta e tale ricerca dovrebbe essere data importanza piuttosto che etichettarla come qualcosa che non è abbastanza significativo. Dopo il sequenziamento di Azolla filiculoides e Salvinia cucullata, più di 10 specie di felci sono già in cantiere 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. I genomi di felce chiariscono 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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