Decifrare le informazioni genetiche di una felce potrebbe fornirci potenziali soluzioni a molteplici problemi che affliggono il nostro pianeta oggi.
Nel sequenziamento del genoma , il sequenziamento del DNA viene eseguito per determinare l'ordine dei nucleotidi in ogni singola molecola di DNA. Questo ordine preciso è fondamentale per comprendere il tipo di informazione genetica contenuta nel DNA. Poiché i geni codificano per le proteine, responsabili della maggior parte delle funzioni corporee, queste informazioni possono aiutare a comprendere l'effetto della loro funzione sull'organismo. Il sequenziamento completo del genoma di un organismo, ovvero di tutto il suo DNA, è un compito complesso e impegnativo che deve essere eseguito gradualmente, suddividendo il DNA in frammenti più piccoli, sequenziandoli e poi ricomponendoli. Ad esempio, il sequenziamento completo del genoma umano , avvenuto nel 2003, ha richiesto 13 anni e un costo totale di 3 miliardi di dollari. Grazie ai progressi tecnologici, i genomi possono essere sequenziati in tempi relativamente più brevi e a costi inferiori, utilizzando metodi come il sequenziamento Sanger e il sequenziamento di nuova generazione. Una volta sequenziato e decodificato un genoma, si aprono infinite possibilità per identificare potenziali aree di ricerca biologica e per progredire verso lo sviluppo di applicazioni mirate.
Un team di 40 ricercatori della Cornell University e di tutto il mondo ha sequenziato il genoma completo di una felce acquatica chiamata Azolla filiculoides 1,2 . Questa felce cresce comunemente nelle regioni tropicali e a temperature più calde del mondo. Il progetto di svelare i segreti genomici di questa felce era in cantiere da tempo ed è stato finanziato con 22,160 dollari da 123 sostenitori attraverso la piattaforma di crowdfunding Experiment.com. I ricercatori hanno infine ricevuto i fondi necessari 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 un genoma di 75 gigabasi (ovvero miliardi di paia di basi). Le felci sono note per avere genomi di grandi dimensioni, in media di 12 gigabasi, tuttavia nessuno dei genomi di felci più grandi è stato decodificato finora. Un progetto così complesso mirava a fornire indizi sul potenziale di questa felce.
Molti aspetti interessanti della felce Azolla sono stati svelati grazie a questo studio di sequenziamento del genoma , pubblicato su Nature Plants , e hanno fornito indicazioni per la ricerca futura sui potenziali ambiti in cui questa felce potrebbe rivelarsi utile. La felce Azolla era ampiamente diffusa e cresceva sul nostro pianeta circa 50 milioni di anni fa , intorno all'Oceano Artico. In quel periodo la Terra era anche più calda rispetto alle condizioni attuali e si ritiene che questa felce abbia svolto un ruolo significativo nel mantenere il pianeta più fresco, catturando circa 10 trilioni di tonnellate di anidride carbonica dall'atmosfera nel corso di un milione di anni. Questo studio evidenzia il potenziale ruolo di questa felce nel contrastare e proteggere il nostro 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) presente nell'atmosfera – un gas inerte abbondantemente disponibile nell'aria – con altri elementi chimici per creare composti azotati più reattivi, come ammoniaca, nitrati, ecc., che possono poi essere utilizzati in diverse applicazioni, ad esempio come fertilizzanti per l'agricoltura. I dati genomici ci rivelano una relazione simbiotica (di mutuo beneficio) tra questa felce e un cianobatterio chiamato Nostoc azollae. Le foglie della felce ospitano questi cianobatteri in minuscoli fori e questi batteri fissano l'azoto producendo ossigeno , che la felce e le piante circostanti possono utilizzare. A loro volta, i cianobatteri ricavano energia attraverso la fotosintesi della pianta quando la felce fornisce loro il nutrimento. Pertanto, questa felce potrebbe essere potenzialmente utilizzata come fertilizzante ecologico naturale e potenzialmente eliminare l'uso di fertilizzanti azotati, promuovendo pratiche agricole più sostenibili. Gli autori affermano che, avendo a disposizione i genomi sia dei cianobatteri che della felce, la ricerca può concentrarsi sullo sviluppo e l'adozione di tali pratiche sostenibili. È interessante notare che la felce Azolla viene già utilizzata come concime verde nelle risaie dagli agricoltori asiatici da oltre 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" di svelare per la prima volta informazioni genomiche sulle felci rappresenta un passo fondamentale verso la scoperta e la comprensione di geni vegetali cruciali. Contribuisce inoltre a una migliore comprensione della storia evolutiva delle felci, ovvero di come le loro caratteristiche si siano evolute nel corso delle generazioni. La conoscenza delle piante è fondamentale per esplorare e comprendere come flora e fauna coesistano pacificamente sul nostro pianeta , e tale ricerca dovrebbe essere considerata importante, anziché essere sottovalutata. Dopo il sequenziamento di Azolla filiculoides e Salvinia cucullata, più di 10 specie di felci sono già in fase di studio per ulteriori ricerche.
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Fonte (s)
1. Fay-Wei L et al. 2018. I genomi delle felci chiariscono l'evoluzione delle piante terrestri e le simbiosi cianobatteriche. Nature Plants . 4(7). https://doi.org/10.1038/s41477-018-0188-8
2. Fernbase https://www.fernbase.org/ . [Consultato il 18 luglio 2018].
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