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解読されたシダゲノム:環境の持続可能性への希望

シダの遺伝情報を解明すれば、人類が直面する複数の問題に対する潜在的な解決策が得られる可能性があります。 惑星

In ゲノム シーケンシング、 DNA 配列決定は、特定の DNA 分子ごとにヌクレオチドの順序を決定するために行われます。この正確な順序は、DNA に含まれる遺伝情報の種類を理解するために役立ちます。遺伝子は体のほとんどの機能を担うタンパク質をコードしているため、この情報は体内での遺伝子の機能の影響を理解するのに役立ちます。シーケンスが完了しました ゲノム 生物のすべての DNA、つまりその DNA のすべてを解析することは複雑で困難な作業であり、DNA を小さな断片に分割し、それらの配列を決定してから、すべてを組み合わせるという方法で少しずつ行う必要があります。たとえば、完全な人間は、 ゲノム 2003 年にシーケンスが行われ、13 年の歳月と総費用 3 億ドルがかかりました。テクノロジーの進歩により ゲノム サンガー配列決定や次世代配列決定などの方法を使用すると、比較的高速かつ低コストで配列を決定できます。ゲノムの配列が決定され、解読されると、生物学研究の潜在的な領域を特定し、対象を絞ったアプリケーション開発に向けて前進するための無限の可能性が開かれます。

コーネル大学および世界中の 40 人の研究者チームが、完全な塩基配列を解析しました。 ゲノム 水の 羊歯 アゾラフィリクロイデスと呼ばれる1,2。このシダは、世界中の温暖な気候や熱帯地域で生育しているのが一般的に見られます。シダのゲノムの秘密を解明するプロジェクトはしばらく進行中であり、Experiment.com と呼ばれるクラウドファンディング サイトを通じて 22,160 人の支援者から 123 米ドルの資金で支援されました。研究者らは最終的に、ユトレヒト大学と協力して北京ゲノミクス研究所から配列決定を行うための資金を受け取りました。指の爪の上に収まるこの小さな浮遊シダ種のゲノム サイズは 75 ギガ塩基 (または XNUMX 億塩基対) です。シダは大きいことが知られています ゲノム、平均 12 ギガベースのサイズですが、これより大きなシダゲノムはこれまでのところ解読されていません。このような手の込んだプロジェクトは、このシダの可能性についての手掛かりを提供することを目的としていました。

これにより、シダ Azolla の多くの興味深い側面が明らかになりました。 ゲノム で発表された配列研究 自然植物 そして、このシダが有益となり得る潜在的な分野に関する将来の研究に方向性を与えてきました。シダのアゾラは、約 50 万年前にこの地に広範囲に生息し、成長していました。 惑星 北極海の周り。当時の地球は現在の状況に比べて温暖でもあり、このシダは地球の環境を維持する上で重要な役割を果たしていると考えられていました。 惑星 10万年かけて大気中から約1兆トンの二酸化炭素を回収することで、温度を下げることができます。ここでは、私たちの地球と戦い、保護する上で、このシダの潜在的な役割がわかります。 惑星 気候変動による地球温暖化から。

シダはまた、大気中に豊富に存在する不活性ガスである大気中の遊離窒素 (N2) を他の化学元素と結合させて、アンモニアなどのより反応性の高い窒素ベースの化合物を生成するプロセスである窒素固定において重要な役割を果たしていると考えられています。硝酸塩などは農業用肥料などさまざまな用途に使用できます。 ゲノム データは、このシダと Nostoc azollae という名前のシアノバクテリアとの共生関係 (相互利益) について示しています。シダの葉には小さな穴の中にシアノバクテリアが存在し、これらのバクテリアが窒素を固定して窒素を生成します。 酸素 シダとその周辺の成長する植物が使用できるもの。 次に、シアノ 細菌 シダが植物に燃料を提供すると、植物の光合成を通じてエネルギーを収集します。したがって、このシダは天然の緑色肥料として使用できる可能性があり、窒素肥料の使用を排除して、より持続可能な農業実践を広めることができる可能性があります。著者らは、両方を備えていると述べています。 ゲノム シアノバクテリア、そして現在ではシダの研究を行うことで、そのような持続可能な手法の開発と導入に研究を集中することができます。興味深いことに、シダのアゾラはすでに 1000 年以上前からアジアの農民によって緑肥として水田に添加されてきました。

研究者たちはまた、シダの重要な自然修飾(殺虫剤)遺伝子を特定しました。これは、昆虫抵抗性を提供する能力があると見られています。 この遺伝子はワタ植物に移されると、昆虫からの大規模な保護を提供します。 この「殺虫性」遺伝子は、バクテリアからシダに移されるか「贈与される」と考えられており、シダの系統の非常に特殊な構成要素であると見られています。つまり、世代から世代へと受け継がれています。 昆虫からの潜在的な保護の発見は、農業の実践に強い影響を与えるに違いありません。

この研究は、シダ植物から初めてゲノム情報を解明する「純粋科学」が、重要な植物遺伝子を解明し理解する方向への大きな一歩であることを示している。また、シダ植物の進化の歴史、つまりシダ植物の特徴が世代を超えてどのように進化してきたかをより深く理解するのにも役立ちます。植物を理解することは、動植物が地球上でどのように友好的に共存しているかを探求し、理解するために非常に重要です。 惑星 そして、そのような研究は、十分に重要ではないものとしてレッテルを貼るのではなく、重要視されるべきです。 Azolla filiculoides と Salvinia cucullata の配列決定後、10 種を超えるシダ種がすでにさらなる研究のためにパイプラインに入っています。

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{引用元のリストにある以下のDOIリンクをクリックすると、元の研究論文を読むことができます}

ソース

1. Fay-Wei L 他。 2018.シダ ゲノム 陸上植物の進化とシアノバクテリアの共生を解明します。 自然植物。 4(7)。 https://doi.org/10.1038/s41477-018-0188-8

2.ファーンベース https://www.fernbase.org/。 [18年2018月XNUMX日にアクセス]。

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SCIEUチーム
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