17 июля 2014 года мир решил, что хочет узнать секреты генома, скрытые в прекрасном маленьком плавающем водяном папоротнике Azolla filiculoides. Они не только хотели знать, но и заплатили за это - колоссальные 22 160 долларов от 123 спонсоров - через краудфандинговый сайт Experiment.com..
Четыре года спустя у них есть то, за что они заплатили, и даже больше! Проект был финансирован на 147% от предусмотренной в бюджете цели, что позволило исследователям секвенировать и проанализировать первый в истории геном папоротника. С дополнительными средствами они могли секвенировать второй папоротник, Salvinia cucullata. Их результаты опубликованы в этом месяце в журнале Nature Plants.
Первый автор, Фэй-Вей Ли, профессор Института Бойса Томпсона в Итаке, штат Нью-Йорк, но начал свои поиски генома азоллы, будучи аспирантом-исследователем в Университете Дьюка в Дареме, Северная Каролина. Его научным руководителем была Кэтлин Прайер, профессор Университета Дьюка и последний автор статьи.
Прайер пытался получить финансирование для проекта почти два десятилетия. «Меня встречали такими ответами, как «слишком нетрадиционно» и «недостаточно важно», - сказала она. Вместе Прайер и Ли провели онлайн-кампанию, о которой вы можете прочитать здесь, чтобы заручиться поддержкой проекта.
В конце концов, их усилия по сбору средств привлекли внимание Пекинского института геномики (BGI) в Шэньчжэне, Китай, который предложил бесплатно предоставить все необходимое для секвенирования. Благодаря этой дополнительной поддержке и сотрудничеству с Генриеттой Шлупманн из Утрехтского университета они отправились в четырехлетнее путешествие, чтобы исследовать неизвестное пространство генома папоротника.
Так что же такого особенного в маленьком папоротнике?
«Азолла имеет действительно крутую биологию и эволюционную историю», - сказал Ли. «Azolla участвует в симбиозе с цианобактериями для фиксации азота, и по этой причине она использовалась в качестве зеленого удобрения для рисовых полей в Азии в течение сотен лет».
Исследователи обнаружили, что у Azolla отсутствуют гены, необходимые для более распространенных симбиозов арбускулярной микоризы и клубеньков, которые не формируются у водяных папоротников. Вместо этого папоротники содержат несколько генов, специфичных для их взаимодействия с Nostoc, цианобионтом, чей геном был секвенирован ранее.
«Теперь, когда у нас есть геномы как папоротника, так и цианобактерии, есть большие надежды на раскрытие секретов этого природного биоудобрения, которое может помочь привести к устойчивым методам ведения сельского хозяйства в будущем», - сказал Прайер..
Одним особенно захватывающим открытием для исследовательской группы стало происхождение важного инсектицидного гена в папоротниках, который был недавно выделен и перенесен на хлопковые растения, где он обеспечивает замечательную защиту от насекомых-вредителей.
«Когда вы идете в лес, обычно очень поразительно обнаружить, что на папоротниках почти нет признаков повреждения насекомыми», - сказал Ли. Команда обнаружила, что инсектицидный ген специфичен для линии папоротника, что объясняет, почему большинство других растений не обладают такой устойчивостью. Кроме того, они обнаружили, что ген, вероятно, впервые появился в геноме папоротника в результате горизонтального переноса генов от бактерии.
«Другими словами, способность папоротников отбиваться от насекомых-травоядных, вероятно, связана с «генетическим подарком» от бактерий», - сказал Ли.
Имея в своем распоряжении первые два полных генома папоротника, исследователи ответили на многие вопросы, но раскрыли еще больше тайн, требующих расследования. И что может быть лучше для раскрытия секретов, чем продолжение секвенирования геномов?
"Мы собираемся секвенировать больше папоротникообразных геномов!" - сказал Ли. «В рамках проекта 10K Plant Genomes Project мы работаем с BGI над стратегическим отбором папоротникового древа жизни для секвенирования генома. В настоящее время у нас есть около 10 видов папоротников в процессе секвенирования."
С небольшим публичным "кикстартом" они поднялись с 0 до 10 за четыре года.
«Знать, что мой небольшой финансовый вклад смог увеличить фонд человеческих знаний, меня изумляет», - сказала Лидия Марселл, писатель-фантаст, поддержавшая проект через Experiment.com. «Понимание того, что эти гены могут обеспечить решения некоторых из огромных проблем, с которыми сегодня сталкивается наша планета, я очень рад, что был частью этого».
«Одобрение и подтверждение общественностью и средствами массовой информации важности нашего проекта стало для нас фантастическим опытом и опытом», - сказал Прайер. «Очень приятно узнать из первых рук, что людям небезразлична чистая наука!»