Они являются естественным удобрением для леса, отличным строительным материалом для птичьих гнезд и важным индикатором того, насколько загрязнен воздух. И все же ученые очень мало знают о генетическом разнообразии лишайников - симбиотических форм жизни, состоящих из двух разных, но взаимозависимых организмов: грибов и водорослей.
Новое исследование, проведенное учеными Центра выпускников Городского университета Нью-Йорка, помогает ответить на некоторые из этих вопросов, проливая свет на генетическое разнообразие и репродуктивный процесс лишайника скального гнома (Cetradonia linearis). Это одна из двух разновидностей лишайников в списке исчезающих видов США и одна из 14 в Красной книге Международного союза охраны природы. Исследование опубликовано сегодня в Американском журнале ботаники.
В мире насчитывается около 20 000 идентифицированных разновидностей лишайников. Однако вид скальных гномов редок и, как известно, существует только в южных Аппалачах в Джорджии, Северной Каролине, Южной Каролине, Теннесси и Вирджинии. Он населяет склоны скал в высокогорных районах с частыми туманами или глубокими ущельями рек, но антропогенная деградация специализированной среды обитания и инвазивные древесные вредители угрожают выживанию скальных гномов в последние десятилетия.
«Это исследование является первым полногеномным анализом лишайника каменного гнома и первым исследованием геномики популяции любого вида лишайника», - сказала первый автор статьи Джессика Аллен, получившая докторскую степень. по биологии в The Graduate Center, где она также начала свое обучение.«Лишайники важны для нашей экосистемы, потому что они поддерживают множество биологических процессов, а также являются хорошими индикаторами качества воздуха, потому что там, где мы обнаруживаем низкий уровень видового разнообразия, мы, как правило, обнаруживаем высокий уровень рака легких. Анализ их геномики может помочь». мы понимаем, как размножаются определенные разновидности, количество генетического разнообразия в пределах их группы и факторы, которые позволяют им процветать».
Методология и выводы
Для своего исследования исследователи собрали образцы лишайников каменных гномов из 15 мест, представляющих разнообразный географический и экологический диапазон их среды обитания. Чтобы провести генный анализ и определить разнообразие этого конкретного сорта, они использовали полногеномное секвенирование дробовика. Эта комбинация двух методов позволила исследователям эффективно секвенировать длинные нити ДНК и одновременно секвенировать всю ДНК, обнаруженную в хромосомах лишайника.
Затем исследователи ввели данные о среде обитания, температуре и осадках в алгоритм, чтобы определить влияние географических и экологических различий на генетические вариации, обнаруженные в лишайниках скальных гномов. Наконец, исследователи препарировали плодородные образцы лишайника, чтобы изучить их репродуктивную структуру.
Работа позволила исследователям сделать три новых и важных наблюдения: лишайник скальных гномов стал менее распространенным со времен последнего ледникового периода; генетические вариации, обнаруженные у этого сорта, больше зависят от географии, чем от различий в окружающей среде; а каменный гном имеет однополую репродуктивную структуру.
Значение
«Это исследование в конечном итоге показывает, что лишайник каменных гномов генетически отличается от одного места к другому, даже если среда обитания похожа», - сказала профессор биологии Высшего центра Элизабет Альтер, чья лаборатория проводила исследование. «Это говорит о том, что если мы уничтожим любую из этих областей с помощью рискованных действий, мы уменьшим разнообразие и еще больше поставим под угрозу этот лишайник».
Хотя это конкретное исследование расширяет понимание факторов, формирующих генетическое разнообразие лишайников скальных гномов, и поддерживает дальнейшее сохранение этого разнообразия, методология, используемая для определения генетического состава вида и отличительных черт, может быть использована для получения аналогичного понимания другие находящиеся под угрозой исчезновения лишайники.