Unlocking the genetic information of a fern could provide us potential solutions to multiple issues faced by our vliegtuig <p></p>
In genoom volgorde aanbrengen in, DNA sequencing wordt gedaan om de volgorde van nucleotiden in elk specifiek DNA-molecuul te bepalen. Deze exacte volgorde is van waarde om het type genetische informatie in het DNA te kunnen begrijpen. Aangezien genen coderen voor eiwitten die verantwoordelijk zijn voor de meeste lichaamsfuncties, kan deze informatie helpen om het effect van hun functie in het lichaam te begrijpen. Het sequencen van het volledige genoom van een organisme, dwz al zijn DNA, is een complexe en uitdagende taak en moet beetje bij beetje worden gedaan door DNA in kleinere stukjes te breken, ze te sequensen en dan alles samen te voegen. Zo duurde de sequentie van het volledige menselijke genoom in 2003 13 jaar en kostte het in totaal 3 miljard dollar. Met vooruitgang in technologie kunnen genomen relatief sneller en tegen lagere kosten worden gesequenced met behulp van methoden zoals Sanger-sequencing en Next-generation sequencing. Zodra een genoom is gesequenced en gedecodeerd, openen zich onbeperkte mogelijkheden voor het identificeren van potentiële gebieden van biologisch onderzoek en het boeken van vooruitgang in de richting van gerichte ontwikkeling van toepassingen.
Een team van 40 onderzoekers van de Cornell University en over de hele wereld heeft het volledige genoom van een water in kaart gebracht varen genaamd Azolla filiculoides1,2. Deze varen groeit vaak in warmere temperaturen en tropische gebieden van de wereld. Het project om de genomische geheimen van de varen te ontrafelen zit al een tijdje in de pijplijn en werd ondersteund door fondsen van 22,160 dollar van 123 donateurs via een crowdfundingsite genaamd Experiment.com. Onderzoekers kregen uiteindelijk financiering om de sequencing uit te voeren van het Beijing Genomics Institute in samenwerking met de Universiteit Utrecht. Deze kleine drijvende varensoort die over een vingernagel past, heeft een genoomgrootte van 75 gigabase (of miljard basenparen). Van varens is bekend dat ze grote genomen hebben, gemiddeld 12 gigabase groot, maar tot nu toe is geen van de grotere genomen van varens gedecodeerd. Een dergelijk uitgebreid project was bedoeld om aanwijzingen te geven over wat het potentieel van deze varen zou kunnen zijn.
Veel interessante aspecten van varen Azolla zijn ontdekt in deze genoomsequencing-studie die is gepubliceerd in Natuur Planten and have provided direction for future research on potential areas in which this fern can be beneficial. The fern Azolla was widespread and growing almost 50 million years ago on this vliegtuig around the Arctic Ocean. During that time Earth was also warmer compared to current conditions and this fern was thought to play a significant role in keeping the vliegtuig cooler by capturing around 10 trillion tons of carbon dioxide from the atmosphere over the course of 1 million years. Here we see a potential role for this fern in combating and protecting our vliegtuig from global warming resulted by climate change.
Men denkt ook dat de varen een belangrijke rol speelt bij stikstofbinding, een proces dat vrije stikstof (N2) in de atmosfeer - een inert gas dat overvloedig aanwezig is in de lucht - combineert met andere chemische elementen om meer reactieve stikstofgebaseerde verbindingen te creëren, zoals ammoniak, nitraten enz. die vervolgens in verschillende toepassingen kunnen worden gebruikt, zoals kunstmest voor landbouwdoeleinden. Genoomgegevens vertellen ons over een symbiotische relatie (wederzijds voordeel) van deze varen met een cyanobacteriën genaamd Nostoc azollae. Het varenblad herbergt deze cyanobacteriën in kleine gaatjes en deze bacteriën binden stikstof en produceren daardoor: zuurstof die de varen en de omringende planten zouden kunnen gebruiken. Op zijn beurt, cyano bacteriën energie verzamelen door de fotosynthese van de plant wanneer de varen hem van brandstof voorziet. Daarom kan deze varen mogelijk worden gebruikt als een natuurlijke groene meststof en mogelijk het gebruik van stikstofmeststoffen elimineren die duurzamere landbouwpraktijken propageren. Auteurs zeggen dat met zowel het genoom van cyanobacteriën als nu de varen, onderzoek kan worden gericht op het ontwikkelen en toepassen van dergelijke duurzame praktijken. Interessant is dat varen Azolla al meer dan 1000 jaar als groenbemester in rijstvelden wordt toegevoegd door Aziatische boeren.
Onderzoekers hebben ook een belangrijk natuurlijk gemodificeerd (insecticide) gen in de varen geïdentificeerd dat het vermogen heeft om insectenresistentie te bieden. Wanneer dit gen wordt overgedragen op katoenplanten, biedt het enorme bescherming tegen insecten. Men denkt dat dit 'insecticide'-gen wordt overgedragen of 'begaafd' van bacteriën op de varen en wordt gezien als een zeer specifiek onderdeel van de afstamming van de varen, dwz dat het met succes van generatie op generatie is doorgegeven. De ontdekking van mogelijke bescherming tegen insecten zal ongetwijfeld een sterke impact hebben op de landbouwpraktijken.
This study shows that ‘pure science’ of unravelling first ever genomic information from ferns is a major step in the direction of uncovering and understanding crucial plant genes. It also helps in a better understanding of the evolutionary history of ferns i.e. how their features have evolved over the generations. Understanding of plants is very crucial to explore and comprehend how flora and fauna exist together amicably on our vliegtuig and such research should be given importance rather than labelling it as something which is not significant enough. After sequencing Azolla filiculoides and Salvinia cucullata, more than 10 fern species are already in pipeline for further research.
***
{U kunt de originele onderzoekspaper lezen door op de DOI-link hieronder in de lijst met geciteerde bron(nen) te klikken}
Bron (nen)
1. Fay-Wei L et al. 2018. Varengenomen verhelderen de evolutie van landplanten en cyanobacteriële symbiose. Natuur Planten. 4 (7). https://doi.org/10.1038/s41477-018-0188-8
2. Varenbasis https://www.fernbase.org/. [Toegang tot 18 juli 2018].
***
