Hűvös köd és fekete lávaszikla közepette a botanikus Vicki Funk levágja egy szárát egy sárga virágú, ilima ( Sida fallax ) nevű hawaii növényből. "Amikor a láva kijön az óceánba, ez az az, ami az új szigeteket gyarmatosítja" - magyarázza.
kapcsolodo tartalom
- Mit mondhat nekünk a genomi kutatás a Föld biodiverzitásáról?
Funk, a Smithsonian Nemzeti Természettudományi Múzeum kutatója azonban messze van Hawaiitól. Ehelyett egy szobában van az USA-ban, a botanikus kert üvegfallal ellátott konzervatóriumában, Washington DC-ben. Miután a szárot gyorsan egy tiszta vékony papírlapra rámosta, Funk hozzáteszi a harmonikájához hasonló sajtolt növényekhez. Mindegyiket papír és karton között tartják fenn, fa lécekkel tölti fel és fényes narancssárga hevederekkel kötik össze. Eközben a laboratóriumi középiskolás és egyetemi gyakornokok levágtak egy szöveti mintát ugyanabból a növényből, és gyorsan ráteszik egy kémcsőbe, amelyet egy folyékony nitrogén buborékos üstében tároltak. Az „ilima” esetében a sebesség elengedhetetlen. „A DNS szinte azonnal lebomlik, ” magyarázza Funk.
Szerdán Funk és csapata a kert mellett mozogott, és más növényekről mintákat vett - többek között egy kakaófát, hópehely aloét és egy hangya növényt. Munkája a Smithsonian Global Genome Initiative (GGI) részét képezi, amely ezen a héten egy hatalmas nyárikerti projektet indított.
A Sida fallax vagy az „ilima” az amerikai botanikus kert konzervatóriumában, egy vulkanikus kőzetben él, messze a hawaii natív otthonától. (Hilary-Morgan Watt, Smithsonian Intézet) A GGI két évvel ezelőtt indult, amelynek célja a világ biológiai sokféleségének felének megőrzése az egész világon található tárolókban. E cél elérése érdekében a kutatók mintákat vettek és katalogizáltak növényeket, állatokat és rovarokat a világ minden tájáról szóló expedíciókon. „Gondolj rá 21. századi természetvédelmi biológiára” - mondja Jon Coddington, a múzeum entomológusa, aki a projektet felügyeli.
A növények esetében ez azt jelenti, hogy a régi iskolát össze kell vonni az új iskolagyűjtési technikákkal. A botanikusok régóta használtak fanövényprémeket a levelek, virágok és még gyökerek dokumentálására egy hagyományos herbáriumi mintában. A szövetminták szilikagélen történő felfüggesztésével és folyékony nitrogénben történő fagyasztásával most jobban megértsék a növény genetikai titkait. A préselt mintákat szárítják a kóbor hibák elpusztítására, míg a szövetmintákat óriási kriogén kamrákban tárolják az intézmény Múzeumi Támogatási Központjában, Suitlandben, Maryland.
A préselt herbáriumi minták annyit mondhatnak nekünk a növényekről, mert a DNS idővel lebomlik. A növény genetikájának megőrzése számos kutatási lehetőséget nyit meg, ám „a genom minőségű anyaghoz való hozzáférés a növényi genomika legkorlátozóbb lépése” - mondja Coddington. A DNS megőrzésének legjobb módja a folyékony nitrogénben történő fagyasztása és az olyan létesítményekben történő tárolása, mint például az Intézet kriogén tárolója - ez a fajta egyik legnagyobb.
A GGI Gardens projekt növényi szövetmintáit hatalmas kriogén tartályokban tárolják, amelyek folyékony nitrogénnel vannak feltöltve. Ezek a nulla alatti fagyasztók akár 4 millió mintát is befogadhatnak. (Donald E. Hurlbert, Smithsonian) A kutatók sokat tudnak az emberek számára hasznos növényekről, ám hatalmas rések vannak a növény családfában. A növényi genomok sokaságának szekvenálása kitölti ezeket a hiányosságokat. Szerencsére az erre szolgáló technológia sokkal olcsóbb és gyorsabb lett az elmúlt évtizedben. „Tíz évbe telt az emberi genom szekvenciája. Most körülbelül egy órán belül meg tudod csinálni. ”- mondja John Kress, a múzeum botanikusa és a Smithsonian tudományos helyettes titkára.
Jelenleg a kutatók genomikus mintákkal rendelkeznek a növény nemzetségeinek körülbelül három százalékáról világszerte. A nyár folyamán a terepi csapatok - csak a washingtoni DC kertjében és parkjain gyűjtve - törekednek majd a mintavételre a világ növénycsaládjainak feléből. Ezután a projektet más botanikus kertek felé vezetik. A következő két évben a tudósok azt remélik, hogy összegyűjtik a Földben élő növény nemzetségek felét. "Három és 50% között van, ez egy hatalmas különbség" - mondja Coddington.
Annyi növény szekvenálása azonban időbe telik. Egyelőre a GGI csak azt akarja, hogy a mintákat jégen tegye. A könnyebb azonosítás érdekében minden mintához DNS-vonalkódot hoznak létre, két gént szekvenálva, amelyek növényenként változnak. A mintákat online adatbázisban tárolják, és a növény-rajongók és kutatók számára elérhetők szerte a világon. Jelenleg ez a könyvtár segíthet a növények azonosításában az egész világon, és a tudósok ezt felhasználhatják a teljes növényi genomok szekvenálására és tanulmányozására.
A botanikus kert szokatlan terepnek tűnhet. Általában azt gondolják, hogy a botanikusok dzsungelben csapkodnak és hegycsúcsokra másznak, hogy ritka és felfedezetlen növényeket gyűjtsenek. A Funk és a botanika végzős hallgató, Morgan Gostel magas szintre haladt az Andokban, hogy növényi mintákat gyűjtsön, néha fagyos hőmérsékleten táborozva és folyékony nitrogéntartályokat vontatva a hegyekbe. Ez a terepi expedíció sokkal közelebb tartja őket otthonához, határozottan jobb időjárással és rengeteg hip-food teherautó-ebéd lehetőséggel. Ugyanakkor „a gyűjtemény elkészítésének piszkos munkája valóban nem különbözik attól, amit terepen tennél” - jegyzi meg Gostel.
Sarah Gabler szövetmintát vesz egy plymouth rózsa genciánból ( Sabatia kennedyuana Fernald ). A kémcsöveket fóliába csomagolják, és egy hordozható folyékony nitrogéntartályba dobják. (Amerikai botanikus kert) 
Kristen Van Neste és Vicki Funk egy rózsaszín virágos plymouth rózsa gencián példányt nyomnak. A növényeket kiválasztottuk mintavételi alapú szezonális virágzás céljából. (Amerikai botanikus kert) 
Funk és csapata vadászik növényeket, hogy mintavételt készítsen az USBG-n. (Helen Thompson) 
Vicky Funk vág egy mintát a ritka hópehely aloéból ( Aloe rauhii ), amely Madagaszkáron őshonos. (Hilary-Morgan Watt, Smithsonian Intézet) 
A hópelyhek aloe-mintája elcsúszik a Funk növényprésében. A préselés során a kutatók megpróbálják a növények minél több részét bevonni a virágoktól a gyökerekig. (Helen Thompson) 
Sarah Gabler és Vicki Funk egy kémcsövet csepegtet egy hangya növényből ( Hydnophytum formicarum ) származó szövetmintát a folyékony nitrogénmező tartályába. Apró hangyák lakják ennek a növénynek a szárát. (Amerikai botanikus kert) 
Bill McLaughlin, az Egyesült Államok Botanikus Kertjének növényi kurátora tartja magában a kakaófából ( Theobroma cacao ) származó magot, amely a szerda demonstrációján vett minták közül egyike. Az emberi mezőgazdaságban hasznos növényi genomokat, például a kakaót, már szekvenáltak. (James Di Loreto, Smithsonian Intézet) 
Gyakornokok (balról jobbra) Sarah Gabler, Asia Hill és Kristen Van Neste úgy néznek ki, ahogyan Vicki Funk (jobb szélén) meghúzza a növényi sajtót, hogy megőrizze a plymouth rózsa gencián ( Sabatia kennedyuana Fernald ) nevű mocsári növény mintáját az USA botanikus kertjében. 2015. július 8-án. A csapat jegyzeteket és képeket készített, hogy elmenjen egy másikba az összegyűjtött préselt és fagyasztott mintákkal. (James Di Loreto, Smithsonian Intézet) 
Sarah Gabler, Kristen Van Neste, Vicki Funk, Asia Hill és Morgan Gostel szünetet tartanak a mintavételi növényekről, hogy csoportos képet készítsenek az Egyesült Államok Botanikus Kertjének télikertjén kívül. (James Di Loreto, Smithsonian Intézet) Szóval, miért az a szokatlan helyszín? Élő növénymúzeumként a kertek ideális helyen vannak, hogy kitöltsék ezeket a hiányosságokat jól dokumentált mintákkal, amelyeket genomi szekvenáláshoz készítettek elő. „A botanikus kertek ilyen jellegű gyűjteményeket húznak össze, néhány esetben évszázadok óta, még a reneszánszhoz is visszatérve” - mondja Ari Novy a kert igazgatója. A kertek esernyő szervezetekként is szolgálnak a fajok felfedezésében részt vevő csoportok számára. Néhányukban magvak is működnek, és speciális növényfajtákra szakosodtak.
A kutatók mindenféle dolgot megtanulhatnak a vetőmag- és szövetmintáktól kezdve, az invazív fajok azonosításától a növények fejlődéssel kapcsolatos nagy kérdések megválaszolásáig. „Ez korlátlan” - jegyzi meg Félix Forest, az Egyesült Királyság Kew Királyi Botanikus Kertének növény evolúciós biológusa. A Kew hasonló projekten dolgozik, hogy 2020-ig megőrizze a vadon élő növényfajok 25% -ának genetikai mintáit.
A GGI és a Kew egy nagyobb mozgalom részét képezik a növényi sokféleség megőrzése érdekében a bioleraktárakban, például a Smithsonian kriogén létesítményében és a Svalbard Antarktiszi vetőmag-boltozatában. Összeálltak hasonló szervezetekkel, hogy létrehozzák a Globális Genom Biodiverzitási Hálózatot (GGBN).
Mi ez a sietség? "Ideális esetben meg szeretné őrizni egy élő példányt, de ez kevésbé megvalósítható" - mondja Coddington. A múlt hónapban a kutatók azt sugallták, hogy a Föld már a hatodik tömeges kihalási esemény közepén van. Az élőhelyek megsemmisítése és a sok éghajlatváltozással kapcsolatos fenyegetés jelenléte mellett a tudósok meg akarják őrizni néhány mintát, ameddig csak lehet. „Ennek bizonyos sürgőssége van” - tette hozzá Kress.
Ezeknek a genomoknak a megőrzése segíthet nekünk a jövőben tanulni tőlük. Forest egyetért azzal, hogy „ha valamilyen módon megőrizzük a genetikai sokféleséget, akkor 20 év alatt visszatérhetünk ehhez.” A növényi DNS-ről való tanulás mellett a kutatók akár kihalt növényeket is feltámadhatnak. Az a gondolat, hogy egy fajt visszahoznak a halálból, természetesen vitákkal jár, de ne menjünk előre. Erdei figyelmeztet: „Ez még nem a Jurassic Park. De a technológia olyan gyorsan halad, hogy ki tudja, mit tehetnénk 20 év múlva egy DNS-csővel. "
