إن فتح المعلومات الجينية للسرخس يمكن أن يوفر لنا حلولاً محتملة للعديد من المشكلات التي نواجهها كوكب اليوم.
In الجينوم التسلسل الحمض النووي يتم إجراء التسلسل لتحديد ترتيب النيوكليوتيدات في كل جزيء DNA محدد. يعد هذا الترتيب الدقيق ذا قيمة حتى تتمكن من فهم نوع المعلومات الوراثية الموجودة في الحمض النووي. وبما أن الجينات تشفر البروتين المسؤول عن معظم وظائف الجسم، فإن هذه المعلومات يمكن أن تساعد في فهم تأثير وظيفتها في الجسم. اكتمل التسلسل الجينوم أي أن كل الحمض النووي الخاص بالكائن هو مهمة معقدة وصعبة ويجب القيام بها شيئًا فشيئًا عن طريق كسر الحمض النووي إلى أجزاء أصغر، وتسلسلها ثم تجميعها معًا. على سبيل المثال، الإنسان الكامل الجينوم استغرق تسلسلها في عام 2003 13 عامًا وبتكلفة إجمالية قدرها 3 مليارات دولار أمريكي. مع التقدم في التكنولوجيا الجينوم يمكن تسلسلها بشكل أسرع نسبيًا وبتكلفة أقل باستخدام طرق مثل تسلسل سانجر وتسلسل الجيل التالي. وبمجرد الانتهاء من تسلسل الجينوم وفك تشفيره، تنفتح إمكانيات غير محدودة لتحديد المجالات المحتملة للبحوث البيولوجية وإحراز تقدم نحو تطوير التطبيقات المستهدفة.
قام فريق من 40 باحثًا من جامعة كورنيل ومن جميع أنحاء العالم بتسلسل كامل الجينوم من الماء الختشار سرخس أو نبات تسمى Azolla filiculoides1,2. يُنظر إلى هذا السرخس بشكل شائع على أنه ينمو في درجات الحرارة الأكثر دفئًا والمناطق الاستوائية في العالم. كان مشروع كشف الأسرار الجينومية للسرخس قيد التنفيذ لفترة من الوقت، وكان مدعومًا بأموال قدرها 22,160 دولارًا أمريكيًا من 123 داعمًا من خلال موقع تمويل جماعي يسمى Experiment.com. حصل الباحثون في نهاية المطاف على تمويل لتنفيذ التسلسل من معهد بكين لعلم الجينوم بالتعاون مع جامعة أوتريخت. يبلغ حجم الجينوم لهذا النوع الصغير من السرخس العائم والذي يتناسب مع ظفر الإصبع 75 جيجا بايت (أو مليار زوج أساسي). من المعروف أن السرخس كبيرة الحجم الجينوميبلغ متوسط حجمها 12 جيجا بايت، ولكن لم يتم فك تشفير أي من جينومات السرخس الأكبر حجمًا حتى الآن. كان هذا المشروع المتقن يهدف إلى تقديم أدلة حول ما يمكن أن يكون عليه هذا السرخس.
تم الكشف عن العديد من الجوانب المثيرة للاهتمام في السرخس أزولا الجينوم دراسة التسلسل نشرت في النباتات الطبيعة وقد قدمت التوجيه للبحث المستقبلي في المجالات المحتملة التي يمكن أن يكون فيها هذا السرخس مفيدًا. كان السرخس أزولا منتشرًا على نطاق واسع وينمو منذ ما يقرب من 50 مليون سنة على هذا كوكب حول المحيط المتجمد الشمالي. خلال تلك الفترة كانت الأرض أيضًا أكثر دفئًا مقارنة بالظروف الحالية، ويُعتقد أن هذا السرخس يلعب دورًا مهمًا في الحفاظ على البيئة كوكب أكثر برودة عن طريق احتجاز حوالي 10 تريليون طن من ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي على مدار مليون عام. وهنا نرى الدور المحتمل لهذا السرخس في مكافحة وحماية بشرتنا كوكب من ظاهرة الاحتباس الحراري الناجمة عن تغير المناخ.
يُعتقد أيضًا أن السرخس يلعب دورًا مهمًا في تثبيت النيتروجين، وهي عملية تجمع بين النيتروجين الحر (N2) في الغلاف الجوي - وهو غاز خامل متوفر بكثرة في الهواء - مع عناصر كيميائية أخرى لإنشاء مركبات أكثر تفاعلية تعتمد على النيتروجين، مثل الأمونيا، النترات وغيرها والتي يمكن بعد ذلك استخدامها في تطبيقات مختلفة مثل الأسمدة للأغراض الزراعية. الجينوم تخبرنا البيانات عن العلاقة التكافلية (المنفعة المتبادلة) لهذا السرخس مع البكتيريا الزرقاء المسماة Nostoc azollae. تستضيف ورقة السرخس هذه البكتيريا الزرقاء في ثقوب صغيرة وتقوم هذه البكتيريا بتثبيت النيتروجين وبالتالي إنتاجها أكسجين التي يمكن أن يستخدمها السرخس والنباتات النامية المحيطة. بدوره ، cyano بكتيريا جمع الطاقة من خلال عملية التمثيل الضوئي للنبات عندما يزودها السرخس بالوقود. لذلك، يمكن استخدام هذا السرخس كسماد أخضر طبيعي وربما التخلص من استخدام الأسمدة النيتروجينية لنشر ممارسات زراعية أكثر استدامة. يقول المؤلفون أن وجود كل من الجينوم بالنسبة للبكتيريا الزرقاء والآن السرخس، يمكن تركيز الأبحاث على تطوير واعتماد مثل هذه الممارسات المستدامة. ومن المثير للاهتمام أن السرخس أزولا قد تم إضافته بالفعل إلى حقول الأرز كسماد أخضر من قبل المزارعين الآسيويين لأكثر من 1000 عام.
حدد الباحثون أيضًا جينًا مهمًا معدلاً بشكل طبيعي (مبيد حشري) في السرخس والذي يُنظر إليه على أنه قادر على توفير مقاومة الحشرات. يوفر هذا الجين عند نقله إلى نباتات القطن حماية هائلة من الحشرات. يُعتقد أن هذا الجين "المبيد للحشرات" ينتقل أو "يُهدي" من البكتيريا إلى السرخس ويُنظر إليه على أنه مكون محدد جدًا من سلالة السرخس ، أي أنه تم نقله بنجاح من جيل إلى جيل. لا بد أن يكون لاكتشاف الحماية المحتملة من الحشرات تأثير قوي على الممارسات الزراعية.
توضح هذه الدراسة أن "العلم الخالص" لكشف المعلومات الجينومية الأولى على الإطلاق من السرخس يعد خطوة رئيسية في اتجاه اكتشاف وفهم الجينات النباتية المهمة. كما أنه يساعد في فهم أفضل للتاريخ التطوري للسراخس، أي كيف تطورت سماتها على مر الأجيال. يعد فهم النباتات أمرًا بالغ الأهمية لاستكشاف وفهم كيفية تواجد النباتات والحيوانات معًا بشكل ودي في مجتمعنا كوكب وينبغي إعطاء أهمية لمثل هذا البحث بدلاً من وصفه بأنه شيء غير مهم بما فيه الكفاية. بعد إجراء تسلسل Azolla filiculoides وSalvinia cucullata، هناك أكثر من 10 أنواع من السرخس في طور الإعداد لمزيد من البحث.
***
المصدر (ق)
1. فاي وي L وآخرون. 2018. السرخس الجينوم توضيح تطور النباتات البرية وتعايش البكتيريا الزرقاء. النباتات الطبيعة. 4 (7). https://doi.org/10.1038/s41477-018-0188-8
2. فيرنبيس https://www.fernbase.org/. [تم الوصول إليه في 18 يوليو 2018].
***
