Tato malá kapradina by mohla pomoci v boji proti změně klimatu

Malý nehty Azolly umístěné na nehtu člověka.

Kapradina s listy, které nejsou větší než komár, by mohla být jednou z nejdůležitějších rostlin na Zemi.

Vědci sekvencovali genom Azolla filiculoides, jasně zelené kapradiny s dlouhou historií, a objevili geny, které kapradině dávají neuvěřitelné schopnosti: Je schopen "opravit" dusík sám o sobě, k odvrácení hmyzu a jako uhlík.

Tato kapradina je trojnásobnou hrozbou

A. filiculoides je vodní kapradina a může rychle růst, někdy během několika měsíců převezme jezero. U plodin na vodní bázi, jako je rýže, je to skutečný přínos. A. filiculoides byl použit jako "zelený hnoj" v rýžových polích v Asii již více než 1 000 let kvůli symbiotickému vztahu s cyanobakteriemi Nostoc azollae. Kapradina a bakterie spolupracují na zachycení dusíku ze vzduchu a na přeměnu na něco, co může kapradina a jiné obklopené rostliny použít. To vylučuje potřebu hnojiv s přídavkem dusíku.

Většina rostlin nedokáže zachytit dusík jako je tento, i když dusík je jednou z klíčových živin, které rostliny potřebují. Výsledkem je, že mnoho hnojiv přidává dusík, často ve formě dusičnanu amonného. Ale příliš mnoho dusíku je pro rostliny problémem – mohou růst příliš rychle a na úkor květu a plodů – a je to také problém pro životní prostředí. Odtok dusíku stimuluje rozvoj řasových květů a dalších otravných rostlin ve vodě.

"Nyní, když máme k dispozici genomy jak pro kapradiny, tak pro cyanobakteria, existuje velký slib, že využijete tajemství tohoto přírodního biofertilizéru, který může pomoci vést k budoucím udržitelným zemědělským postupům.," Kathleen Pryer, biologka Duke University zapojená do studie, uvedla ve svém prohlášení vydaném Boyce Thompson Institute.

Azolla filiculoides v botanické budově v parku Balboa v ​​San Diegu

Sekvenovaný genom také odhalil gen, který A. filiculoides používá k udržení hmyzu na uzdě a tento gen je jako a "genetický dar" z bakterií, podle Fay-Wei Li, profesora Cornell’s Boyce Thompson Institute a hlavního výzkumného pracovníka studie. "dar" je specifická pro kapradiny – většina ostatních rostlin nemá schopnost přirozeně bránit hmyzu – a pravděpodobně se poprvé objevila v přenosu genů mezi kapradinami a bakteriemi.

Zatímco A. filiculoides se dnes nachází převážně v mírných a tropických oblastech, před 50 miliony let, planeta byla mnohem teplejší a v Arktickém kruhu jste našli A. filiculoides. I tehdy rostlina rychle rostla a vytáhla z atmosféry asi 10 bilionů tun oxidu uhličitého, což přispělo k rychlému ochlazení naší planety. Pěstování obrovského množství této kapradiny nám může pomoci nasáknout oxid uhličitý, který dnes přispívá ke změně klimatu.

Veřejnost dává vědě ruku

Sekvenování A. filiculoides bylo bitvou do kopce. Kapradiny mají notoricky velké genomy, z nichž některé jsou až 148 gigabáz, což odpovídá 148 miliardám párů sekvencí DNA. (Pro srovnání, lidský genom je asi 3 miliardy párů bází.) Většina kapradinových genomů je kolem 12 gigabáz.

Genom pro A. filiculoides je pouhými 0,75 gigabázami a je to první kapradina, která svůj genom sekvenovala.

Pryer se téměř 20 let pokoušel zajistit financování projektu kapradinového sekvencování. "Setkal jsem se s odpověďmi jako „příliš nekonvenční“ a „nedostatečně důležité“," ona řekla.

Takže ona a Li se obrátili k crowdsourcingu, aby získali peníze na sekvenci A. filiculoides. V rámci svého volání na Experiment.com v roce 2014 si oba vědci zajistili dostatek finančních sekvencí kapradin. Jejich úsilí upoutalo pozornost Pekingského institutu genomiky (BGI) a tato organizace nabídla bezplatnou sekvenci genomu. Na palubu se objevilo více vědců a mezi poskytnutými finančními prostředky prostřednictvím programu Experiment.com a Pekingského institutu pro genomiku se vědcům podařilo sekvenovat nejen A. filiculoides, ale také pro Salvinia cucullata, další plovoucí kapradinu..

Vědci publikovali své výsledky v časopise Nature Plants.

To však není konec sekvenování kapradin.

"Jdeme na fernatickou sekvenci více ferntastických genomů!" řekl Li. "V rámci spolupráce na projektu 10K Plant Genomes spolupracujeme s BGI na strategickém vzorkování kapradinského života pro sekvenování genomu. V současné době máme v sekvenčním potrubí asi 10 druhů kapradin."

To je dalších 10 kapradin s tajemstvím, kdo ví, jak, která by mohla pomoci naší planetě.

CS.AskMeProject