פתיחת המידע הגנטי של שרך יכולה לספק לנו פתרונות פוטנציאליים לבעיות מרובות העומדות בפנינו כוכב לכת היום.
In הגנום רצף, ה-DNA רצף נעשה כדי לקבוע את סדר הנוקלאוטידים בכל מולקולת DNA ספציפית. הסדר המדויק הזה הוא בעל ערך כדי להיות מסוגל להבין את סוג המידע הגנטי הנישא ב-DNA. מכיוון שגנים מקודדים לחלבון שאחראים לרוב תפקודי הגוף, מידע זה יכול לעזור להבין את השפעת תפקודם בגוף. הרצף הושלם הגנום של אורגניזם כלומר כל ה-DNA שלו הוא משימה מורכבת ומאתגרת וצריכה להיעשות טיפין טיפין על ידי פירוק ה-DNA לחתיכות קטנות יותר, רצף אותם ואז חיבור הכל יחד. למשל, האדם השלם הגנום רצף ב-2003 נמשך 13 שנים ועלות כוללת של 3 מיליארד דולר. עם התקדמות הטכנולוגיה גנום ניתן לרצף מהר יותר יחסית ובעלות נמוכה יותר באמצעות שיטות כמו Sanger sequencing ו- Next-generation sequencing. לאחר רצף ופענוח הגנום, נפתחות אפשרויות בלתי מוגבלות לזיהוי תחומים פוטנציאליים של מחקר ביולוגי ולהתקדמות לקראת פיתוח יישומים ממוקד.
צוות של 40 חוקרים מאוניברסיטת קורנל ומכל העולם רצף את המלא הגנום של מים שָׁרָך בשם Azolla filiculoides1,2. בדרך כלל רואים שרך זה גדל בטמפרטורות חמות יותר ובאזורים טרופיים של העולם. פרויקט גילוי הסודות הגנומיים של השרך נמצא בצנרת כבר זמן מה ונתמך בכספים של 22,160 דולר מ-123 תומכים דרך אתר מימון המונים בשם Experiment.com. חוקרים קיבלו בסופו של דבר מימון לביצוע הרצף ממכון הגנומיקה של בייג'ינג בשיתוף עם אוניברסיטת אוטרכט. זן שרך צף זעיר זה שמתאים על ציפורן אצבע הוא בעל גודל גנום של 75 ג'יגה-בסיסים (או מיליארד זוגות בסיסים). שרכים ידועים כבעלי גדולים גנום, ממוצע של 12 ג'יגה-בסיסים בגודל, אולם אף אחד מהגנומים הגדולים של השרך לא פוענח עד כה. פרויקט משוכלל שכזה נועד לספק רמזים על מה יכול להיות הפוטנציאל של השרך הזה.
היבטים מעניינים רבים של שרך אזולה נחשפו על כך הגנום מחקר רצף שפורסם ב צמחים וסיפקו כיוון למחקר עתידי על תחומים פוטנציאליים שבהם השרך הזה יכול להועיל. השרך אזולה היה נפוץ וגדל לפני כמעט 50 מיליון שנה על זה כוכב לכת סביב האוקיינוס הארקטי. במהלך אותה תקופה גם כדור הארץ היה חם יותר בהשוואה לתנאים הנוכחיים, וחשבו ששרך זה ממלא תפקיד משמעותי בשמירה על כוכב לכת קריר יותר על ידי לכידת כ-10 טריליון טונות של פחמן דו חמצני מהאטמוספירה במהלך מיליון שנים. כאן אנו רואים תפקיד פוטנציאלי עבור השרך הזה בלחימה ובהגנה שלנו כוכב לכת מההתחממות הגלובלית כתוצאה משינויי אקלים.
השרך נחשב גם למלא תפקיד חשוב בקיבוע חנקן, תהליך המשלב חנקן חופשי (N2) באטמוספירה - גז אינרטי הזמין בשפע באוויר - עם יסודות כימיים אחרים כדי ליצור תרכובות מבוססות חנקן תגובתיות יותר כגון אמוניה, חנקות וכו' שניתן להשתמש בהם ביישומים שונים כמו דשן למטרות חקלאות. הגנום נתונים מספרים לנו על קשר סימביוטי (תועלת הדדית) של שרך זה עם ציאנובקטריה בשם Nostoc azollae. עלה השרך מארח את הציאנובקטריות הללו בחורים זעירים והחיידקים הללו מקבעים חנקן ובכך מייצרים חמצן שהשרך והצמחים הגדלים מסביב יכלו להשתמש בהם. בתורו, ציאנו בקטריה לאסוף אנרגיה באמצעות הפוטוסינתזה של הצמח כאשר השרך מספק לו דלק. לכן, שרך זה עשוי לשמש כדשן ירוק טבעי ואולי לבטל את השימוש בדשני חנקן המפיץ שיטות חקלאות בנות קיימא יותר. מחברים אומרים שיש גם את גנום של ציאנובקטריה וכעת השרך, ניתן להתמקד במחקר בפיתוח ואימוץ שיטות בר-קיימא שכאלה. מעניין, שרך אזולה כבר הוסיף לשדות אורז כזבל ירוק על ידי חקלאים אסייתים במשך יותר מ-1000 שנה.
חוקרים זיהו גם גן חשוב שהשתנה באופן טבעי (קוטל חרקים) בשרך, אשר נראה כבעל יכולת לספק עמידות לחרקים. גן זה כאשר מועבר לצמחי כותנה מספק הגנה מאסיבית מפני חרקים. גן 'קוטל חרקים' זה נחשב כמועבר או 'מוכשר' מחיידקים אל השרך ונראה שהוא מרכיב מאוד ספציפי בשושלת השרך, כלומר הוא הועבר בהצלחה מדור לדור. לגילוי ההגנה הפוטנציאלית מפני חרקים יש השפעה חזקה על שיטות החקלאות.
מחקר זה מראה ש"מדע טהור" של גילוי מידע גנומי ראשון אי פעם משרכים הוא צעד מרכזי בכיוון של גילוי והבנה של גנים חיוניים של צמחים. זה גם עוזר בהבנה טובה יותר של ההיסטוריה האבולוציונית של שרכים, כלומר איך התפתחו תכונותיהם במהלך הדורות. הבנת הצמחים היא חיונית מאוד כדי לחקור ולהבין כיצד החי והצומח מתקיימים יחדיו בדרכים ידידותיות. כוכב לכת ויש לייחס חשיבות למחקר כזה במקום לתייג אותו כמשהו שאינו משמעותי מספיק. לאחר ריצוף של Azolla filiculoides ו- Salvinia cucullata, יותר מ-10 מיני שרכים כבר נמצאים בצנרת למחקר נוסף.
***
{תוכל לקרוא את עבודת המחקר המקורית על ידי לחיצה על קישור ה-DOI המופיע להלן ברשימת המקורות המצוטטים}
מקור (ים)
1. Fay-Wei L et al. 2018. פרן גנום להבהיר את התפתחות צמחי הקרקע וסימביוזות ציאנובקטריאליות. צמחים. 4 (7). https://doi.org/10.1038/s41477-018-0188-8
2. Fernbase https://www.fernbase.org/. [נגישה ב-18 ביולי 2018].
***
