پانژنوم خاکستر اروپایی می تواند به محققان کمک کند نسلی از درختان مقاوم در برابر خشک شدن خاکستر را پرورش دهند.

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

در مطالعه‌ای که در مجله Nature Communications منتشر شده است، محققان باغ‌های گیاه‌شناسی سلطنتی، کیو، تحقیقات جنگل و سازمان‌های همکار، اولین پانژنوم خاکستر اروپایی (Fraxinus excelsior) را با استفاده از DNA با کیفیت بالا برای کمک به تحقیقات در مورد مقاومت در برابر خشک شدن خاکستر طبیعی ارائه کردند.

دانشمندان با استفاده از پانژنوم ساخته شده از گروهی متشکل از 50 درخت با ریشه های مختلف، مجموعه داده ژنومی بیش از 1000 درخت را برای شناسایی ژن های مرتبط با مقاومت مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند. آنها 211 ژن با پیوندهای احتمالی با مقاومت در برابر خشک شدن خاکستر پیدا کردند که 16 مورد از آنها غیرقابل استفاده بودند، به این معنی که آنها فقط در برخی از درختان وجود داشتند و نه در سراسر صفحه.

برخلاف ژن‌هایی که در هر فرد از یک گونه یافت می‌شود، ژن‌های غیرقابل استفاده همیشه ضروری نیستند. با این حال، آنها ممکن است ویژگی‌های مفیدی را در زمینه‌های خاص مانند مقاومت در برابر بیماری یا تحمل بهتر به خشکی ایجاد کنند که به طور بالقوه به جمعیت اجازه می‌دهد سریع‌تر با شرایط در حال تغییر سازگار شوند.

یک رویکرد سنتی مونتاژ ژنوم اطلاعات را فقط از یک فرد جمع‌آوری می‌کند - فقط یک پانژنوم امکان شناسایی ژن‌های غیرقابل استفاده را می‌دهد.

در مجموع، محققان بیش از 3400 ژن را در درختان نمونه برداری شده شناسایی کردند. اگرچه آنها تنها 9 درصد از کل ژن ها را نشان می دهند، اما ممکن است نقش مهمی در تعیین تفاوت بین افراد داشته باشند.

باز کردن این داده‌ها می‌تواند محققان را قادر سازد تا با دقت بیشتری پیش‌بینی کنند که کدام درخت‌ها احتمالا از نظر ژنتیکی در برابر بیماری خشکی خاکستر که توسط قارچ Hymenoscyphus fraxineus ایجاد می‌شود محافظت می‌شوند و می‌تواند با شناسایی امیدوارکننده‌ترین درختان تنها از روی کد ژنتیکی، به پرورش جمعیت‌های مقاوم کمک کند.

ریزش خاکستر نگرانی بزرگی برای بریتانیا است و از اولین باری که در سال 2012 کشف شد، مناظر درختان بریتانیا را از بین برد و میلیون ها درخت را کشت. تنها بخش کوچکی از درختان - به اندازه 0.5٪ - پس از قرار گرفتن در معرض طولانی مدت بیماری سالم می مانند.

پانژنوم ها در مقایسه با استفاده از یک ژنوم، روش جامع تری برای مطالعه حساسیت به پاتوژن ها ارائه می دهند، زیرا توالی های DNA غیرقابل مصرفی را که توسط برخی درختان حمل می شود، اما دیگران را نه، می گیرند. در واقع، پانژنوم ساخته شده در این مطالعه 22 درصد بزرگتر از یک ژنوم با کیفیت بالا از یک فرد خاکستر در هنگام محاسبه توالی های ژنتیکی ضروری بود.

دکتر دانیل وود، پژوهشگر کیو و نویسنده اول، می‌گوید: «اگر هر ژنوم خاکستر یک فیلم باشد، این یافته‌ها نشان می‌دهد که تعداد برش‌های کارگردان، نسخه‌های توسعه‌یافته، صحنه‌های حذف‌شده و پایان‌های متناوب با این وجود در جمعیت‌های وحشی وجود دارد - شاید بیشتر زمان اجرا یکسان باشد، اما بیت‌های متغیر می‌توانند به طور بالقوه تفاوت را بین یک جعبه ایجاد کنند.

"با استفاده از کاتالوگ کل توالی های ژنتیکی که در پانژنوم نشان داده شده است، ژن هایی را شناسایی کردیم که به طور بالقوه با مقاومت در برابر پژمردگی خاکستر مرتبط هستند. با این حال، این منبع را می توان برای شناسایی پایه ژنتیکی سایر صفات مورد علاقه، مانند انعطاف پذیری محیطی، یا مقاومت در برابر تهدیدات دیگر مانند سوسک خاکستر زمرد استفاده کرد."

دکتر لورا کلی، رهبر تحقیقات در Kew و نویسنده ارشد، می‌گوید: "پانژنوم ابزار جدید قدرتمندی را در مبارزه مستمر با خشک شدن خاکستر و در پاسخ به تهدید روزافزون حفره‌های خاکستر زمرد با پیشروی تهاجم آن در سراسر اروپا فراهم می‌کند."

در میان 50 درخت نمونه برداری شده، یک نمونه خاکستر جوان که در باغ کیو در لندن رشد کرده بود، و همچنین درختانی که از یک سایت تحقیقاتی جنگل در خارج از نورویچ نمونه برداری شدند، وجود داشت. DNA همچنین از زمین های خصوصی و Paradise Wood در آکسفوردشایر، سایتی که متعلق به موسسه خیریه Earth Trust است، جمع آوری شد.

درختان خاکستر با منشأ غیر بریتانیایی همگی در Paradise Wood از دانه‌هایی که از مکان‌های مختلف در اروپا برای اجرای آزمایش بالقوه Ash جمع‌آوری شده بود، رشد کردند.

این یافته ها خروجی مرکز حفاظت از جنگل (CFP)، سرمایه گذاری مشترک بین Kew و Forest Research (آژانس تحقیقاتی کمیسیون جنگلداری) است که توسط دپارتمان مواد غذایی محیط زیست و امور روستایی (Defra) مدیریت می شود. CFP تخصص بریتانیا و بین‌المللی را برای تقویت تحقیقاتی که از سلامت، انعطاف‌پذیری و آینده جنگل‌ها و جنگل‌های بریتانیا حمایت می‌کنند، گرد هم می‌آورد.

جس آلن، هماهنگ‌کننده مرکز حفاظت از جنگل‌ها، می‌گوید: "با ادامه یافتن تأثیرات خشکی خاکستر، این تحقیق گامی مهم و امیدوارکننده به سوی جمعیت خاکستر انعطاف‌پذیرتر در آینده است. تحقیقات در حال انجام ... به بررسی جنبه‌های ژنومی سلامت درختان به عنوان بخشی از برنامه علمی گسترده ما ادامه می‌دهد."

زمانی که هاگ‌های قارچ روی برگ‌ها فرود می‌آیند و سپس به ساختارهای داخلی گیاه نفوذ می‌کنند، قارچ‌های خاکستری به درختان آسیب می‌رسانند و بافت‌های چوبی، از جمله سلول‌هایی که آب و مواد مغذی را انتقال می‌دهند، مختل می‌کنند. عفونت های مکرر سالانه در بیشتر موارد منجر به مرگ نهایی درخت می شود.

در میان گونه‌های خاکستری که علاوه بر F. excelsior بیشتر به این بیماری حساس هستند، خاکستر باریک برگ (F. angustifolia) است که عمدتا در سراسر جنوب قاره اروپا پراکنده شده است.

سال گذشته، محققان دانشگاه کیو و کوئین مری لندن دریافتند که جمعیت جوانی از درختان خاکستر در جنگل‌های ساری شرقی در حال توسعه مقاومت در برابر این بیماری هستند که نظریه انتخاب طبیعی چارلز داروین را در عمل نشان می‌دهد.

در مطالعه دیگری که در سال 2020 منتشر شد، که بر روی تهدید درختان خاکستر ناشی از کرم خاکستر زمرد (Agrilus planipennis) متمرکز بود، دانشمندان کیو دریافتند که گروه های مختلف گونه های خاکستر به طور مستقل تغییرات ژنتیکی مشابهی را ایجاد کرده اند که ممکن است به آنها در دفاع از خود در برابر سوسک کمک کند.

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →