מדענים אלה מקווים להחזיק מחצית ממשפחות הצומח העולמיות על הקרח בסוף הקיץ

בין ערפל קריר וסלע לבה שחור, הבוטנאי ויקי פאנק גוזז גבעול מצמח הוואי פרחוני צהוב הנקרא אילימה ( פאלדה של סידה ). "כאשר לבה יוצאת לאוקיאנוס, זה מה שמאכלס איים חדשים", היא מסבירה.

תוכן קשור

• מה המחקר הגנומי יכול לספר לנו על המגוון הביולוגי של כדור הארץ

פאנק, חוקר במוזיאון הלאומי להיסטוריה של סמיתסוניאן, נמצא דרך ארוכה מהוואי. במקום זאת, היא נמצאת בחדר בקונסרבטוריון החומה הזכוכית של ארה"ב בגן הבוטני בוושינגטון הבירה. לאחר שהקיטה במהירות את הגבעול על דף נקי של נייר דק, פאנק מוסיפה אותו לקובץ הצמחים הדחוס שלה. כל אחד מהם נשמר בין נייר לקרטון, מחובר על ידי לוחות עץ ונקשר יחד עם רצועות כתומות בהירות. בינתיים מתמחים במכללות בתיכון ובמכללות במעבדה שלה גזרו דגימת רקמות מאותו צמח והדביקו אותו במהירות בצינור המבחן שמאוחסן בקדרה מבעבעת של חנקן נוזלי. אצל אילימה המהירות היא המהות. "ה- DNA מתחיל להתפרק כמעט מייד", מסביר פאנק.

ביום רביעי, פונק וחוליה הסתובבו בגן ולקחו דגימות מצמחים אחרים - עץ קקאו, אלוורה של פתית שלג וצמח נמלים, בין היתר. עבודתה היא חלק מיוזמת הגנום העולמי של סמית'סוניאן (GGI), שהחלה השבוע פרויקט גן קיץ ענק.

נפילת סידה או אילימה מתגוררת בסביבת סלע וולקנית בקונסרבטוריון של הגן הבוטני של ארה"ב, הרחק מביתו המולד בהוואי. (הילארי-מורגן וואט, מוסד סמית'סוניאן)

GGI הושק לפני כשנתיים, ומטרתו לשמור על מחצית המגוון הביולוגי בעולם במאגרים ברחבי העולם. כדי להשיג זאת, החוקרים דגמו וקוטלגו צמחים, בעלי חיים וחרקים במסעות שדה ברחבי העולם. "חשוב על זה כביולוגיה לשימור של המאה ה -21", אומר ג'ון קודדינגטון, אנטומולוג במוזיאון המפקח על הפרויקט.

עבור צמחים זה אומר מיזוג של בית הספר הישן בטכניקות איסוף בית ספר חדשות. בוטניקאים השתמשו זה מכבר במכבשי צמחים מעץ כדי לתעד עלים, פרחים ואפילו שורשים במדגם הרבריום המסורתי. כעת, על ידי השעיית דגימות רקמות בג'ל סיליקה והקפאתן בחנקן נוזלי הם יכולים להבין טוב יותר את הסודות הגנטיים של הצמח. דגימות לחוצות יובשו כדי להרוג כל חרקים תועים, בעוד דגימות רקמות יאוחסנו בתאי קריוגנים ענקיים במרכז התמיכה במוזיאון המוסד בסוויטלנד, מרילנד.

דגימות הרבריום לחוצות יכולות רק לספר לנו כל כך הרבה על צמחים מכיוון שה- DNA שלהם משפיל עם הזמן. שמירת הגנטיקה של הצמח פותחת שורה של אפשרויות מחקריות, אך "גישה לחומר איכותי בגנום היא הצעד המגביל ביותר בגנומיקה של הצמח", אומר קודדינגטון. הדרך הטובה ביותר לשמר את ה- DNA היא להקפיא אותו בחנקן נוזלי ולאחסן אותו במתקנים כמו מאגר הקריוגנים של המוסד - מהגדולים מסוגו.

דגימות רקמות מצמחים בפרויקט GGI Gardens יאוחסנו במכלים קריוגניים ענקיים מלאים בחנקן נוזלי. מקפיאים אלה מתחת לאפס יכולים להכיל עד 4 מיליון דגימות. (דונלד א. הרלברט, סמיתסוניאן)

חוקרים יודעים הרבה על צמחים מועילים לבני אדם, אך ישנם פערים מאסיביים באילן היוחסין של הצמח. רצף של שפע של גנום צמחי יכול למלא את אותם פערים. למרבה המזל, הטכנולוגיה לעשות זאת התחזקה ומהירה הרבה יותר בעשור האחרון. "לקח עשר שנים לרצף את הגנום האנושי. עכשיו אתה יכול לעשות את זה תוך כשעה ", אומר ג'ון קרס, בוטנאי במוזיאון והממונה על סמיטסונאנס למדע.

כרגע יש לחוקרים דגימות גנומיות מכשלושה אחוזים מז'אנרים מהצומח ברחבי העולם. במהלך הקיץ צוותי שטח - רק על ידי איסוף בגנים ובפארקים באזור וושינגטון הבירה, ינסו לדגום מחצית ממשפחות הצומח העולמיות. בשלב הבא הם יקחו את הפרויקט בדרך לגנים בוטניים אחרים. בשנתיים הבאות מקווים המדענים לאסוף דגימות ממחצית הז'אנרים הצמחיים המאכלסים את כדור הארץ. "לעבור משלושה ל -50 אחוז, זה הבדל עצום, " אומר קודדינגטון.

עם זאת, רצף של צמחים רבים כל כך יימשך. לעת עתה, GGI רק רוצה להשיג את הדגימות על הקרח. לצורך זיהוי קל, הם ייצרו ברקוד DNA לכל דגימה על ידי רצף של שני גנים המשתנים מצמח אחד למשנהו. הדגימות יישמרו במאגר מידע מקוון וזמין לחובבי הצמחים והחוקרים ברחבי העולם. לעת עתה, ספריה זו יכולה לסייע בזיהוי צמחים ברחבי העולם, ולאורך הקו, מדענים יכולים להשתמש בה כדי לבצע רצף ולחקר גנום של צמחים שלמים.

גן בוטני עשוי להיראות כאתר שדה יוצא דופן. בדרך כלל, ניתן לדמיין את הבוטנאים מתלכדים בג'ונגלים ועולים על פסגות הרים כדי לאסוף צמחים נדירים ובלתי נחשפים. סטודנט לתארים מתקדמים בפונק ובורניקה, מורגן גוסטל, נסעו לגבהים גבוהים באנדים כדי לאסוף דגימות מהצומח, ולעתים מחננים בטמפרטורות קפוא מתחת למקום ומביאים מיכלי חנקן נוזליים במעלה ההרים. משלחת שדה זו מקרבת אותם הרבה יותר לבית, עם מזג אוויר טוב יותר בהחלט והרבה אפשרויות לארוחת צהריים של משאיות מזון. עם זאת, "העבודה המלוכלכת של ייצור הקולקציה ממש לא שונה ממה שהיית עושה בשטח", מציינת גוסטל.

שרה גבלר לוקחת דגימת רקמות מג'נטה ורד פלימות '( Sabatia kennedyuana Fernald ). מבחנות נעטפות בנייר כסף ושופכות למיכל חנקן נוזלי נייד. (הגן הבוטני האמריקני) קריסטן ואן Neste ויקי פאנק לוחצים על דגימה ורודה פרחונית של ג'ינג'י. צמחים נבחרו לדגימה על בסיס פריחה עונתית. (הגן הבוטני האמריקני) פאנק וצוותה מצדים צמחים לדגימה ב- USBG. (הלן תומפסון) ויקי פאנק חותך דגימה של אלוורה נדירה של פתית שלג ( Aloe rauhii ), שהיא ילידת מדגסקר. (הילארי-מורגן וואט, מוסד סמית'סוניאן) מדגם של אלוורה של פתית שלג ממתין לריצוף בבית הבד של הצמח של פאנק. בעת יצירת מכבישה, החוקרים מנסים לכלול כמה שיותר חלקים מהצמח מפרחים לשורשים. (הלן תומפסון) שרה גבלר וויקי פאנק מפילות צינור מבחן המכיל דגימת רקמות מצמח נמלים ( Hydnophytum formicarum ) למיכל שדה החנקן הנוזלי שלהן. נמלים זעירות מאכלסות את גבעולי הצמח הזה. (הגן הבוטני האמריקני) אוצר הצמחים ביל מקלונין מהגן הבוטני האמריקני מרים את עצי הזרע מעץ קקאו ( Theobroma cacao ), אחד מכמה צמחים שנדגמו בהפגנה ביום רביעי. ישנם גנומים צמחיים המועילים לחקלאות אנושית, כמו קקאו, כבר הועלה ברצף. (ג'יימס די לורטו, מוסד סמית'סוניאן) מתמחים (משמאל לימין) שרה גבלר, אסיה היל וקריסטן ואן נסטה מסתכלים כשוויקי פאנק (מימין בקצה הימני) מהדקת את מכבש הצמחים שלה כדי לשמר דגימה של צמח בוס בשם פלוז 'ורד ג'נטיאן ( Sabatia kennedyuana Fernald ) בגן הבוטני של ארה"ב. ב- 8 ביולי 2015. הצוות גם רשם הערות ותמונות כדי לעבור אחר עם הדגימות הכבושות והקפואות שאספו. (ג'יימס די לורטו, מוסד סמית'סוניאן) שרה גבלר, קריסטן ואן Neste, ויקי פאנק, אסיה היל ומורגן גוסטל לוקחים הפסקה מצמחי דגימה כדי להצטלם לתמונה קבוצתית מחוץ לקונסרבטוריון הגן הבוטני האמריקני. (ג'יימס די לורטו, מוסד סמית'סוניאן)

אם כן, מדוע המקום הלא שגרתי? כמוזיאונים צמחיים חיים, גנים נמצאים במקום אידיאלי למלא את הפערים הללו באמצעות דגימות מתועדות היטב, המתוכננות לרצף גנומי. "גנים בוטניים אוספים אוספים כאלה, בחלק מהמקרים, במשך מאות שנים, חוזרים לרנסנס אפילו", אומר מנהל הגן ארי נובי. גנים משמשים גם כארגוני גג לקבוצות העוסקות בגילוי מינים. בחלקם נמצאים גם גדות זרעים, ומתמחים בסוגים מסוימים של צמחים.

חוקרים יכולים ללמוד כל מיני דברים מדגימות זרע ורקמות, החל בזיהוי מינים פולשים ועד לענות על שאלות גדולות הנוגעות להתפתחות צמחים. "זה ללא גבולות", מציין יער פליקס, ביולוג אבולוציוני של צמחים בגנים הבוטניים של קיו המלכותי בבריטניה. קיו עובד על פרויקט דומה לשימור דגימות גנטיות של 25 אחוז מזן צמחי הבר עד 2020.

GGI ו- Kew הם חלק מתנועה גדולה יותר לשימור המגוון הצמחי במאגרים ביולוגיים, כמו המתקן הקריוגני של הסמית'סוניאן וכספת הזרעים באנטארקטיקה של סבווארד. הם התאגדו עם ארגונים דומים כדי להקים את הרשת הגלובלית של הגנום הביולוגי (GGBN).

מה העומס? "באופן אידיאלי, תרצה לשמור על דגימה חיה, אבל זה הופך להיות פחות ריאלי", אומר קודדינגטון. בחודש שעבר הציעו החוקרים שכדור הארץ כבר נמצא בעיצומו של אירוע ההכחדה ההמוני שלו. עם הרס בתי גידול ושלל איומים הקשורים לשינויי אקלים באופק, מדענים רוצים לשמר כמה דגימות בעודם יכולים. "יש דחיפות מסוימת לזה, " מוסיף קרס.

שימור הגנום האלו כעת, יכול לעזור לנו ללמוד מהם בעתיד. יער מסכים, "אם יש לנו את הגיוון הגנטי שנשמר בצורה כזו או אחרת, נוכל לחזור אליו בעוד 20 שנה." בנוסף למידה מ- DNA מהצומח, החוקרים יכולים אפילו להחיות צמחים שנכחדו. הרעיון להחזיר מין מהמוות מטבע הדברים מגיע עם מחלוקת, אבל בואו לא נקדים את עצמנו. יער מזהיר, "זה עדיין לא פארק היורה - עדיין. אבל הטכנולוגיה נעה כל כך מהר שמי יודע מה יכולנו לעשות עם צינור של DNA בעוד 20 שנה. "