Otkrivanje genetskih informacija paprati moglo bi nam pružiti potencijalna rješenja za više problema s kojima se suočavaju naši planeta danas.
In Genom sekvenciranje, DNA sekvenciranje se provodi kako bi se odredio redoslijed nukleotida u svakoj specifičnoj molekuli DNA. Ovaj točan redoslijed vrijedan je za razumijevanje vrste genetske informacije koja se nalazi u DNK. Budući da geni kodiraju proteine koji su odgovorni za većinu tjelesnih funkcija, ove informacije mogu pomoći u razumijevanju učinka njihove funkcije u tijelu. Sekvenciranje dovršeno Genom cijelog organizma, tj. cjelokupne njegove DNK, složen je i izazovan zadatak i mora se obaviti malo po malo razbijanjem DNK na manje dijelove, njihovim sekvenciranjem i zatim sve zajedno. Na primjer, potpuni čovjek Genom je sekvencioniran 2003. godine i trajao je 13 godina, a ukupni trošak iznosio je 3 milijarde USD. S napretkom tehnologije genomi može se sekvencirati relativno brže i po nižoj cijeni korištenjem metoda kao što su Sanger sekvenciranje i sekvenciranje sljedeće generacije. Nakon što se genom sekvencira i dekodira, otvaraju se neograničene mogućnosti za prepoznavanje potencijalnih područja biološkog istraživanja i napredak prema ciljanom razvoju aplikacija.
Tim od 40 istraživača sa Sveučilišta Cornell i iz cijelog svijeta sekvencirao je cijeli niz Genom od vode paprat pod nazivom Azolla filiculoides1,2. Obično se vidi da ova paprat raste na višim temperaturama i u tropskim regijama svijeta. Projekt razotkrivanja genomskih tajni paprati bio je u pripremi već neko vrijeme i podržan je sredstvima od 22,160 USD od 123 podupiratelja putem stranice za grupno financiranje pod nazivom Experiment.com. Istraživači su na kraju dobili sredstva za provedbu sekvenciranja od Pekinškog instituta za genomiku u suradnji sa Sveučilištem u Utrechtu. Ova sićušna lebdeća vrsta paprati koja stane preko nokta ima veličinu genoma od 75 gigabaza (ili milijardu parova baza). Poznato je da paprati imaju velike genomi, veličine u prosjeku 12 gigabaza, međutim niti jedan od većih genoma paprati dosad nije dekodiran. Ovako razrađeni projekt imao je za cilj dati naznake o potencijalu ove paprati.
Pritom su otkriveni mnogi zanimljivi aspekti paprati Azolla Genom studija sekvenciranja objavljena u Biljke prirode i dali su smjer za buduća istraživanja potencijalnih područja u kojima ova paprat može biti korisna. Paprat Azolla bila je rasprostranjena i rasla je prije gotovo 50 milijuna godina na ovome mjestu planeta oko Arktičkog oceana. Tijekom tog vremena Zemlja je također bila toplija u usporedbi sa sadašnjim uvjetima i smatralo se da ova paprat igra značajnu ulogu u održavanju planeta hladnije hvatanjem oko 10 trilijuna tona ugljičnog dioksida iz atmosfere tijekom 1 milijuna godina. Ovdje vidimo potencijalnu ulogu ove paprati u borbi protiv i zaštiti naše planeta od globalnog zatopljenja uzrokovanog klimatskim promjenama.
Također se smatra da paprat igra važnu ulogu u fiksaciji dušika, procesu koji kombinira slobodni dušik (N2) u atmosferi – inertni plin koji je u izobilju dostupan u zraku – s drugim kemijskim elementima kako bi se stvorili reaktivniji spojevi na bazi dušika, npr. amonijak, nitrati itd. koji se zatim mogu koristiti u raznim primjenama poput gnojiva u poljoprivredne svrhe. Genoma Podaci nam govore o simbiotičkom odnosu (uzajamnoj koristi) ove paprati s cijanobakterijom imenom Nostoc azollae. List paprati drži ove cijanobakterije u sićušnim rupama i te bakterije fiksiraju dušik i tako proizvode kisik koje bi paprat i okolne biljke mogle koristiti. Zauzvrat, cijano bakterija prikupljaju energiju putem fotosinteze biljke kada joj paprat daje gorivo. Stoga bi se ova paprat mogla koristiti kao prirodno zeleno gnojivo i eventualno eliminirati upotrebu dušičnih gnojiva propagirajući održivije poljoprivredne prakse. Autori kažu da imaju i jedno i drugo genomi cijanobakterija, a sada i paprati, istraživanje se može usmjeriti na razvoj i usvajanje takvih održivih praksi. Zanimljivo je da su azijski farmeri već više od 1000 godina dodavali paprat Azolla u rižina polja kao zelenu gnojidbu.
Istraživači su također identificirali važan prirodno modificirani (insekticid) gen u paprati za koji se vidi da ima sposobnost pružanja otpornosti na insekte. Ovaj gen kada se prenese na biljke pamuka pruža veliku zaštitu od insekata. Smatra se da je ovaj 'insekticidni' gen prenesen ili 'poklonjen' s bakterija na paprat i smatra se da je vrlo specifična komponenta loze paprati, tj. uspješno se prenosi s koljena na koljeno. Otkriće potencijalne zaštite od insekata sigurno će imati snažan utjecaj na poljoprivrednu praksu.
Ova studija pokazuje da je 'čista znanost' otkrivanja prvih genomskih informacija iz paprati veliki korak u smjeru otkrivanja i razumijevanja ključnih biljnih gena. Također pomaže u boljem razumijevanju evolucijske povijesti paprati, tj. kako su se njihove značajke razvijale kroz generacije. Razumijevanje biljaka vrlo je važno za istraživanje i razumijevanje načina na koji flora i fauna prijateljski postoje zajedno na našem planeta i takvom istraživanju treba dati važnost, a ne etiketirati ga kao nešto što nije dovoljno značajno. Nakon sekvenciranja Azolla filiculoides i Salvinia cucullata, više od 10 vrsta paprati već je u pripremi za daljnja istraživanja.
***
{Izvorni istraživački rad možete pročitati klikom na vezu DOI koja se nalazi u nastavku na popisu citiranih izvora}
Izvor (i)
1. Fay-Wei L i sur. 2018. Paprat genomi razjasniti evoluciju kopnenih biljaka i cijanobakterijske simbioze. Biljke prirode. 4 (7). https://doi.org/10.1038/s41477-018-0188-8
2. Baza paprati https://www.fernbase.org/. [Pristupljeno 18. srpnja 2018.].
***
