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Fern Genome Decoded: Hope for Environmental Sustainability (Esperanza de sostenibilidad ambiental)

CIENCIASBIOLOGÍAFern Genome Decoded: Hope for Environmental Sustainability (Esperanza de sostenibilidad ambiental)

Desbloquear la información genética de un helecho podría brindarnos soluciones potenciales a múltiples problemas que enfrenta nuestro planeta en la actualidad.

In genoma, secuenciación El ADN la secuenciación se realiza para determinar el orden de los nucleótidos en cada molécula de ADN específica. Este orden exacto es valioso para poder comprender el tipo de información genética contenida en el ADN. Dado que los genes codifican proteínas que son responsables de la mayoría de las funciones corporales, esta información puede ayudar a comprender el efecto de su función en el cuerpo. Secuenciar el genoma completo de un organismo, es decir, todo su ADN, es una tarea compleja y desafiante y debe hacerse poco a poco rompiendo el ADN en trozos más pequeños, secuenciando y luego uniéndolo todo. Por ejemplo, la secuenciación del genoma humano completo en 2003 tomó 13 años y un costo total de USD 3 mil millones. Con el avance de la tecnología, los genomas se pueden secuenciar relativamente más rápido y a un costo menor utilizando métodos como la secuenciación de Sanger y la secuenciación de próxima generación. Una vez que se secuencia y decodifica un genoma, se abren posibilidades ilimitadas para identificar áreas potenciales de investigación biológica y avanzar hacia el desarrollo de aplicaciones específicas.

Un equipo de 40 investigadores de la Universidad de Cornell y de todo el mundo ha secuenciado el genoma completo de un agua. helecho llamado Azolla filiculoides1,2. Se ve comúnmente que este helecho crece en temperaturas más cálidas y en regiones tropicales del mundo. El proyecto de desentrañar los secretos genómicos del helecho ha estado en trámite durante un tiempo y fue respaldado por fondos de USD 22,160 de 123 patrocinadores a través de un sitio de financiación colectiva llamado Experiment.com. Los investigadores finalmente recibieron fondos para llevar a cabo la secuenciación del Instituto de Genómica de Beijing en colaboración con la Universidad de Utrecht. Esta pequeña especie de helecho flotante que se coloca sobre la uña de un dedo tiene un tamaño de genoma de .75 gigabases (o mil millones de pares de bases). Se sabe que los helechos tienen genomas grandes, un promedio de 12 gigabases de tamaño, sin embargo, ninguno de los genomas de helechos más grandes ha sido decodificado hasta ahora. Un proyecto tan elaborado tenía como objetivo proporcionar pistas sobre cuál podría ser el potencial de este helecho.

Se han descubierto muchos aspectos interesantes del helecho Azolla en este estudio de secuenciación del genoma publicado en Las plantas de la naturaleza y han proporcionado orientación para futuras investigaciones sobre áreas potenciales en las que este helecho puede ser beneficioso. El helecho Azolla se extendió y creció hace casi 50 millones de años en este planeta alrededor del Océano Ártico. Durante ese tiempo, la Tierra también fue más cálida en comparación con las condiciones actuales y se pensó que este helecho desempeñaba un papel importante en mantener el planeta más frío al capturar alrededor de 10 billones de toneladas de dióxido de carbono de la atmósfera en el transcurso de 1 millón de años. Aquí vemos un papel potencial para este helecho en la lucha y protección de nuestro planeta del calentamiento global resultante del cambio climático.

También se cree que el helecho juega un papel importante en la fijación de nitrógeno, un proceso que combina el nitrógeno libre (N2) en la atmósfera, un gas inerte disponible abundantemente en el aire, con otros elementos químicos para crear compuestos basados ​​en nitrógeno más reactivos, por ejemplo, amoníaco, nitratos, etc., que luego se pueden utilizar en diversas aplicaciones, como fertilizantes para fines agrícolas. Los datos del genoma nos hablan de una relación simbiótica (beneficio mutuo) de este helecho con una cianobacteria llamada Nostoc azollae. La hoja de helecho aloja estas cianobacterias en pequeños agujeros y estas bacterias fijan nitrógeno produciendo oxígeno que el helecho y las plantas en crecimiento circundantes podrían usar. A su vez, ciano bacterias recolectan energía a través de la fotosíntesis de la planta cuando el helecho le proporciona combustible. Por lo tanto, este helecho podría usarse como fertilizante verde natural y posiblemente eliminar el uso de fertilizantes nitrogenados que propagan prácticas agrícolas más sostenibles. Los autores dicen que teniendo los genomas de las cianobacterias y ahora el helecho, la investigación puede centrarse en desarrollar y adoptar prácticas sostenibles. Curiosamente, el helecho Azolla ya se ha agregado en los arrozales como abono verde por los agricultores asiáticos durante más de 1000 años.

Los investigadores también han identificado un gen importante modificado naturalmente (insecticida) en el helecho que parece tener la capacidad de proporcionar resistencia a los insectos. Este gen, cuando se transfiere a las plantas de algodón, proporciona una protección masiva contra los insectos. Se cree que este gen "insecticida" se transfiere o "regala" de las bacterias al helecho y se considera que es un componente muy específico del linaje del helecho, es decir, se ha transmitido con éxito de generación en generación. El descubrimiento de una protección potencial contra los insectos seguramente tendrá un fuerte impacto en las prácticas agrícolas.

Este estudio muestra que la 'ciencia pura' de desentrañar la primera información genómica de los helechos es un paso importante en la dirección de descubrir y comprender genes cruciales de las plantas. También ayuda a comprender mejor la historia evolutiva de los helechos, es decir, cómo han evolucionado sus características a lo largo de las generaciones. La comprensión de las plantas es muy crucial para explorar y comprender cómo la flora y la fauna coexisten de manera amistosa en nuestro planeta y se debe dar importancia a dicha investigación en lugar de etiquetarla como algo que no es lo suficientemente significativo. Después de secuenciar Azolla filiculoides y Salvinia cucullata, más de 10 especies de helechos ya están en proceso de investigación.

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{Puede leer el trabajo de investigación original haciendo clic en el enlace DOI que figura a continuación en la lista de fuentes citadas}

Fuentes)

1. Fay-Wei L y col. 2018. Los genomas de helechos aclaran la evolución de las plantas terrestres y las simbiosis de cianobacterias. Las plantas de la naturaleza. 4 (7). https://doi.org/10.1038/s41477-018-0188-8

2. base de helecho https://www.fernbase.org/. [Consultado el 18 de julio de 2018].

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Equipo SCIEU
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