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蕨类基因组解码:环境可持续性的希望

科学生物学蕨类基因组解码:环境可持续性的希望

解锁蕨类植物的遗传信息可以为我们提供解决当今地球面临的多种问题的潜在解决方案。

In 基因组 测序, 的DNA 测序是为了确定每个特定 DNA 分子中核苷酸的顺序。 这个确切的顺序对于理解 DNA 中携带的遗传信息的类型很有价值。 由于基因编码负责大多数身体功能的蛋白质,因此该信息有助于了解其功能在体内的影响。 对生物体的完整基因组(即其所有 DNA)进行测序是一项复杂且具有挑战性的任务,必须通过将 DNA 分解成更小的片段、对它们进行测序然后将它们组合在一起来一点一点地完成。 例如,2003 年完成人类基因组测序耗时 13 年,总成本为 3 亿美元。 随着技术的进步,可以使用 Sanger 测序和下一代测序等方法以相对更快的速度和更低的成本对基因组进行测序。 一旦对基因组进行测序和解码,就为确定生物研究的潜在领域和朝着有针对性的应用开发取得进展开辟了无限的可能性。

来自康奈尔大学和世界各地的 40 名研究人员组成的团队对水的全基因组进行了测序 蕨类 称为 Azolla filiculoides1,2. 这种蕨类植物通常生长在温度较高的地区和世界热带地区。 揭开蕨类植物基因组秘密的项目已经酝酿了一段时间,并得到了 22,160 名支持者通过名为 Experiment.com 的众筹网站提供的 123 美元的资金支持。 研究人员最终获得了北京基因组研究所与乌得勒支大学合作进行测序的资金。 这种适合指甲盖的微小漂浮蕨类植物的基因组大小为 75 千兆碱基(或十亿碱基对)。 众所周知,蕨类植物的基因组很大,平均大小为 12 千兆碱基,但迄今为止,还没有一个较大的蕨类植物基因组被解码。 这样一个精心设计的项目旨在为这种蕨类植物的潜力提供线索。

这项基因组测序研究发现了蕨类植物满红的许多有趣方面 自然植物 并为未来对这种蕨类植物可能有益的潜在领域的研究提供了方向。 大约 50 万年前,蕨类植物 Azolla 在北冰洋周围的这个星球上广泛分布并生长。 在那段时间里,与目前的情况相比,地球也更暖和,这种蕨类植物被认为在保持地球凉爽方面发挥了重要作用,它在 10 万年的时间里从大气中捕获了大约 1 万亿吨二氧化碳。 在这里,我们看到了这种蕨类植物在对抗和保护我们的星球免受气候变化导致的全球变暖方面的潜在作用。

蕨类植物还被认为在固氮方面发挥着重要作用,该过程将大气中的游离氮 (N2)(一种在空气中大量可用的惰性气体)与其​​他化学元素结合以产生更具活性的氮基化合物,例如氨、硝酸盐等,然后可用于各种应用,如农业肥料。 基因组数据告诉我们这种蕨类植物与一种名为 Nostoc zollae 的蓝藻的共生关系(互惠互利)。 蕨叶在小孔中容纳这些蓝藻,这些细菌固氮,从而产生 氧气 蕨类植物和周围生长的植物可以使用。 反过来,氰 当蕨类植物提供燃料时,通过植物光合作用收集能量。 因此,这种蕨类植物可能被用作天然绿色肥料,并可能消除氮肥的使用,从而促进更可持续的农业实践。 作者说,拥有蓝藻和现在蕨类植物的基因组,研究可以集中在开发和采用这种可持续的做法上。 有趣的是,1000 多年来,亚洲农民将满江蕨作为绿肥添加到稻田中。

研究人员还在蕨类植物中发现了一种重要的自然修饰(杀虫剂)基因,该基因被认为具有提供昆虫抗性的能力。 当这种基因转移到棉花植物中时,它可以提供大量的昆虫保护。 这种“杀虫”基因被认为是从细菌转移或“遗传”到蕨类植物上的,并且被认为是蕨类植物谱系的一个非常特殊的组成部分,即它已经成功地代代相传。 发现潜在的昆虫保护势必会对农业实践产生重大影响。

这项研究表明,从蕨类植物中首次揭示基因组信息的“纯科学”是朝着发现和理解关键植物基因方向迈出的重要一步。 它还有助于更好地了解蕨类植物的进化历史,即它们的特征是如何在几代人中进化的。 了解植物对于探索和理解植物群和动物群如何在我们的星球上友好地共存至关重要,应该重视此类研究,而不是将其标记为不够重要的东西。 在对 Azolla filiculoides 和 Salvinia cucullata 进行测序后,已经有 10 多种蕨类植物在进行进一步研究。

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{您可以通过单击下面引用来源列表中给出的 DOI 链接来阅读原始研究论文}

来源(S)

1. Fay-Wei L 等。 2018. 蕨类植物基因组阐明了陆地植物进化和蓝藻共生。 自然植物. 4(7)。 https://doi.org/10.1038/s41477-018-0188-8

2. 蕨类植物 https://www.fernbase.org/. [18 年 2018 月 XNUMX 日访问]。

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赛欧团队
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