Крошечный папоротник, каждый лист которого размером с комара, может оказывать глобальное влияние на поглощение атмосферного углекислого газа, фиксацию азота в сельском хозяйстве и отпугивание надоедливых насекомых от сельскохозяйственных культур. Полный геном папоротника был секвенирован ученым из Корнельского университета и Института Бойса Томпсона (BTI) и его коллегами по всему миру, как сообщается в журнале Nature Plants.
Azolla filiculoides - это водяной папоротник, который часто используется для удобрения рисовых полей в Азии, но его предки восходят гораздо раньше.
Пятнадцать миллионов лет назад Земля была намного теплее. Азолла, этот быстрорастущий цветок, который когда-то покрывал Полярный круг, вытянул 10 триллионов тонн углекислого газа из атмосферы нашей планеты, и ученые считают, что он сыграл ключевую роль в превращении Земли из теплицы в прохладное место, которым она является сегодня. - говорит Фэй-Вей Ли, биолог-эволюционист из BTI, адъюнкт-профессор биологии Корнеллского университета и ведущий автор работы «Геномы папоротников объясняют эволюцию наземных растений и симбиозы цианобактерий».
Ли и старший автор Кэтлин М. Прайер из Университета Дьюка возглавили группу из более чем 40 ученых со всего мира, чтобы полностью секвенировать геном. Когда группа секвенировала геном, она идентифицировала специфичный для папоротника ген, обеспечивающий устойчивость к насекомым.
«Вообще насекомые не любят папоротники, и ученые задавались вопросом, почему», - сказал Ли, объяснив, что один из генов папоротника, вероятно, перешел от бактерии. «Это естественно измененный ген, и теперь, когда мы его нашли, он может иметь огромное значение для сельского хозяйства."
Азотфиксация - это процесс, при котором растения используют химический элемент в качестве удобрения. Хотя растения не могут фиксировать азот сами по себе, сказал Ли, геном обнаруживает симбиотическую связь с цианобактериями, сине-зеленым типом бактерий, которые получают энергию посредством фотосинтеза и производят кислород. В специальных полостях на листе Azolla находятся цианобактерии, фиксирующие азот, а растение обеспечивает цианобактерии сахаристым топливом.
«Благодаря этим первым геномным данным папоротников наука может получить важную информацию для понимания генов растений», - сказал Ли. «Теперь мы можем исследовать его свойства в качестве устойчивого удобрения и, возможно, собирать углекислый газ из атмосферы».
Папоротники печально известны тем, что имеют большие геномы, некоторые из которых достигают 148 гигабаз, или эквивалент 148 миллиардов пар оснований последовательностей ДНК. В среднем геномы папоротников состоят из 12 гигабаз - причина, по которой ученые до сих пор не секвенировали ни одну из них. Размер Azolla составляет 0,75 гигабазы.
Финансирование поступило от Национального научного фонда, Немецкого исследовательского фонда и Пекинского института геномики. Около 22 000 долларов США было предоставлено через краудфандинг на Experiment.com.