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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解决我们面临的多个问题提供潜在的解决方案 行星

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。这种精确的顺序对于理解 DNA 中携带的遗传信息类型非常有价值。由于基因编码负责大多数身体功能的蛋白质,因此这些信息可以帮助了解其功能在体内的影响。测序完成 基因组 一个有机体的DNA,即它的所有DNA,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,然后将它们放在一起来一点一点地完成。例如,完整的人类 基因组 2003年测序耗时13年,总成本达3亿美元。随着科技的进步 基因组 使用桑格测序和下一代测序等方法可以相对更快地以更低的成本进行测序。一旦基因组被测序和解码,就为识别生物研究的潜在领域并在目标应用开发方面取得进展提供了无限的可能性。

来自康奈尔大学和世界各地的 40 名研究人员组成的团队已对完整序列进行了测序 基因组 一个水 蕨类 称为 Azolla filiculoides1,2。这种蕨类植物通常生长在世界温暖的地区和热带地区。揭开蕨类植物基因组秘密的项目已经酝酿了一段时间,并通过名为 Experiment.com 的众筹网站获得了 22,160 位支持者提供的 123 美元资金支持。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。这种微小的漂浮蕨类植物只有指甲盖大小,其基因组大小为 75 个千兆碱基(或十亿个碱基对)。众所周知,蕨类植物有很大的 基因组,平均大小为 12 GB,但迄今为止还没有破译更大的蕨类植物基因组。这样一个精心设计的项目旨在提供有关这种蕨类植物潜力的线索。

由此揭示了蕨类满江红的许多有趣的方面 基因组 测序研究发表于 Nature Plants 并为未来研究这种蕨类植物可能有益的潜在领域提供了方向。近 50 万年前,蕨类植物满江红就在这片土地上广泛分布并生长。 行星 北冰洋周围。在那段时间,地球比现在的情况更温暖,这种蕨类植物被认为在保持地球的温暖方面发挥了重要作用。 行星 通过在 10 万年的时间里从大气中捕获约 1 万亿吨二氧化碳来降低温度。在这里,我们看到了这种蕨类植物在对抗和保护我们的环境中的潜在作用。 行星 气候变化导致的全球变暖。

蕨类植物还被认为在固氮过程中发挥着重要作用,固氮过程将大气中的游离氮(N2)(空气中大量存在的惰性气体)与其​​他化学元素结合起来,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,例如农业肥料。 基因组 数据告诉我们这种蕨类植物与一种名为Nostoc azollae 的蓝细菌存在共生关系(互惠互利)。蕨叶的小孔中含有这些蓝细菌,这些细菌固定氮从而产生 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,这种蕨类植物可以用作天然绿色肥料,并可能消除氮肥的使用,从而传播更可持续的农业实践。作者说,同时拥有 基因组 从蓝细菌到现在的蕨类植物,研究可以集中于开发和采用这种可持续的做法。有趣的是,亚洲农民将蕨类满江红作为绿肥添加到稻田中已有 1000 多年的历史。

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,首次从蕨类植物中解开基因组信息的“纯科学”是朝着发现和理解重要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随着世代的演变而演变的。了解植物对于探索和理解植物群和动物群如何在我们的地球上友好地共存至关重要 行星 此类研究应该受到重视,而不是被贴上不够重要的标签。在对 Azolla filiculoides 和 Salvinia cucullata 进行测序后,已有 10 多种蕨类植物正在等待进一步研究。

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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 等人。 2018. 蕨类植物 基因组 阐明陆地植物进化和蓝藻共生。 Nature Plants. 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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