Uprostřed chladné mlhy a černé lávové kameny botanik Vicki Funk uklidí stonek žluté kvetoucí havajské rostliny zvané 'ilima ( Sida fallax ). "Když láva vyjde do oceánu, kolonizuje nové ostrovy, " vysvětluje.
Související obsah
- Co nám může genomický výzkum říci o biologické rozmanitosti Země
Funk, výzkumník v Smithsonian National Museum of Natural History, je však daleko od Havaje. Místo toho je v místnosti na skleněné konzervatoři americké botanické zahrady ve Washingtonu, DC. Po rychlém šlehání stonku na čistý list tenkého papíru jej Funk přidá do svého akordeonového souboru lisovaných rostlin. Každý je zachován mezi papírem a lepenkou, rezervován dřevěnými lamelami a svázán zářivě oranžovými pásky. Mezitím stážisté ze střední a vysoké školy ve své laboratoři odřízli vzorek tkáně ze stejné rostliny a rychle ho nalepili do zkumavky, která je uložena v bublajícím kotli tekutého dusíku. Pro 'ilima je rychlost nezbytná. "DNA začíná degradovat téměř okamžitě, " vysvětluje Funk.
Ve středu se Funk a její četa pohybovaly po zahradě a odebíraly vzorky také z jiných rostlin - mezi jinými kakaový strom, aloe sněhová vločka a mravenčí rostlina. Její práce je součástí iniciativy Smithsonian's Global Genome Initiative (GGI), která tento týden odstartovala obrovský projekt letní zahrady.
Sida fallax nebo 'ilima žije v sopečném skalním stanovišti v zimní zahradě USA Botanical Garden, daleko od svého rodného domova na Havaji. (Hilary-Morgan Watt, Smithsonian Institution) GGI byl spuštěn před dvěma lety a jeho cílem je zachovat polovinu světové biologické rozmanitosti v úložištích po celém světě. K dosažení tohoto cíle vědci odebrali vzorky a katalogizovali rostliny, zvířata a hmyz v polních expedicích po celém světě. „Přemýšlejte o tom jako o biologii zachování 21. století, “ říká Jon Coddington, entomolog v muzeu, který dohlíží na tento projekt.
Pro rostliny to znamená sloučení staré školy s novými technikami školní sbírky. Botanici už dlouho používají lisy na dřevěné rostliny k dokumentování listů, květů a dokonce i kořenů v tradičním herbářovém vzorku. Nyní pozastavením vzorků tkáně v silikagelu a jejich zmrazením v tekutém dusíku mohou lépe porozumět genetickým tajemstvím rostliny. Lisované vzorky budou sušeny, aby se zabily jakékoli zbloudilé chyby, zatímco vzorky tkáně budou uloženy v obřích kryogenních komorách v ústředním podpůrném centru muzea v Suitlandu v Marylandu.
Lisované vzorky herbicidů nám o rostlinách mohou říct jen tolik, protože jejich DNA se postupem času degraduje. Zachování genetiky rostliny otevírá celou řadu výzkumných možností, ale „přístup k materiálům v genomu je omezujícím krokem v rostlinné genomice, “ říká Coddington. Nejlepší způsob, jak uchovat DNA, je zmrazit ji v tekutém dusíku a uložit ji v zařízeních, jako je kryogenní úložiště instituce - jedno z největších svého druhu.
Tkáňové vzorky z rostlin v projektu GGI Gardens budou uloženy v obrovských kryogenních nádržích naplněných tekutým dusíkem. Tyto mrazničky s nulovou teplotou mohou pojmout až 4 miliony vzorků. (Donald E. Hurlbert, Smithsonian) Vědci vědí hodně o rostlinách užitečných pro člověka, ale v rodokmenu rostlin jsou obrovské mezery. Sekvenování velkého množství genomů rostlin může tyto mezery zaplnit. Naštěstí se v poslední dekádě tato technologie stala mnohem levnější a rychlejší. "Sekvenování lidského genomu trvalo deset let." Nyní byste to mohli udělat asi za hodinu, “říká John Kress, botanik v muzeu a Smithsonianův náměstek pro vědu.
Vědci mají nyní genomické vzorky z asi tří procent rostlinných rodů po celém světě. Během léta se polní týmy - pouhým sběrem v zahradách a parcích ve Washingtonu, DC - budou snažit ochutnat polovinu rostlinných rodin světa. Dále vezmou projekt na cestu do jiných botanických zahrad. V příštích dvou letech vědci doufají, že shromáždí vzorky z poloviny rostlinných rodů, které obývají Zemi. "Jde o tři až 50 procent, to je obrovský rozdíl, " říká Coddington.
Sekvenování tolika rostlin by však chvíli trvalo. Prozatím chce GGI dostat vzorky na led. Pro snadnou identifikaci vytvoří pro každý vzorek čárový kód DNA sekvenováním dvou genů, které se liší od jedné rostliny k druhé. Vzorky budou uchovány v databázi online a dostupné pro nadšence rostlin a výzkumníky z celého světa. Prozatím může tato knihovna pomoci identifikovat rostliny po celém světě a vědci jej mohou využít k sekvenování a studiu celých genomů rostlin.
Botanická zahrada se může jevit jako neobvyklé pole. Typicky si lze představit botaniky, kteří prolétají džunglemi a horolezeckými vrcholy, aby sbírali vzácné a neobjevené rostliny. Funk a botanika postgraduální student Morgan Gostel trekked do vysokých výšek v Andách sbírat vzorky rostlin, někdy tábořit venku při teplotách pod bodem mrazu a dopravovat nádrže na tekutý dusík do hor. Tato polní expedice je drží mnohem blíž k domovu, s rozhodně lepším počasím a spoustou možností obědů pro náklaďáky s občerstvením. „Špinavá práce při vytváření sbírky se však neliší od toho, co byste dělali v terénu, “ poznamenává Gostel.
Sarah Gabler odebírá vzorek tkáně z plymouth rose gentian ( Sabatia kennedyuana Fernald ). Zkumavky se zabalí do fólie a umístí se do přenosné nádrže na kapalný dusík. (US Botanic Garden) 
Kristen Van Neste a Vicki Funk stisknou růžový květovaný plymouth rose gentian. Rostliny byly vybrány pro vzorkování založené na sezónním kvetení. (US Botanic Garden) 
Funk a její tým loví rostliny, aby vzorky na USBG. (Helen Thompson) 
Vicky Funk uřízne vzorek vzácné aloe sněhové vločky ( Aloe rauhii ), která je původem z Madagaskaru. (Hilary-Morgan Watt, Smithsonian Institution) 
Vzorek sněhové vločky aloe čeká na zploštění ve funkčním lisu na rostliny. Při vytváření lisování se vědci snaží zahrnout tolik částí rostliny, kolik mohou, od květů po kořeny. (Helen Thompson) 
Sarah Gabler a Vicki Funk umístí zkumavku obsahující vzorek tkáně z rostliny mravenců ( Hydnophytum formicarum ) do svého pole pro kapalný dusík. Malé kmeny obývají stonky této rostliny. (US Botanic Garden) 
Kurátor rostlin Bill McLaughlin z americké botanické zahrady drží semenný plod z kakaa ( Theobroma cacao ), jedné z několika rostlin odebraných při středeční demonstraci. Některé rostlinné genomy užitečné pro lidské zemědělství, jako je kakao, již byly sekvenovány. (James Di Loreto, Smithsonian Institution) 
Stážisti (zleva doprava) Sarah Gabler, Asia Hill a Kristen Van Neste se dívají na Vicki Funk (zcela vpravo) zpřísňuje její rostlinný tisk, aby si zachoval vzorek rostlin rašeliny zvané plymouth rose gentian ( Sabatia kennedyuana Fernald ) v americké botanické zahradě 8. července 2015. Tým také pořídil poznámky a obrázky, aby odešel další s lisovanými a zmrazenými vzorky, které shromáždili. (James Di Loreto, Smithsonian Institution) 
Sarah Gablerová, Kristen Van Neste, Vicki Funk, Asia Hill a Morgan Gostel si dělají pauzu od vzorkovacích rostlin a představují skupinovou fotografii mimo konzervatoř americké botanické zahrady. (James Di Loreto, Smithsonian Institution) Proč tedy netradiční místo? Jako muzea živých rostlin jsou zahrady na ideálním místě k vyplnění těchto mezer dobře zdokumentovanými vzorky připravenými pro genomické sekvenování. "Botanické zahrady sbírají takovéto sbírky, v některých případech, po stovky let, dokonce až do renesance, " říká ředitel zahrady Ari Novy. Zahrady také slouží jako zastřešující organizace pro skupiny zapojené do objevování druhů. Některé jsou také domovem semenných bank a specializují se na specifické druhy rostlin.
Vědci se mohou učit nejrůznější věci od vzorků semen a tkání, od identifikace invazivních druhů až po odpovědi na velké otázky o vývoji rostlin. „Je to neomezené, “ poznamenává Félix Forest, vývojový biolog rostlin v Královských botanických zahradách Kew ve Velké Británii. Kew pracuje na podobném projektu na zachování genetických vzorků 25 procent divokých rostlin do roku 2020.
GGI a Kew jsou součástí většího hnutí za účelem zachování rozmanitosti rostlin v biorepositoriích, jako je Smithsonianovo kryogenní zařízení a Svalbardův antarktický semenový trezor. Spojili se s podobnými organizacemi a vytvořili Global Genome Biodiversity Network (GGBN).
Co je to spěch? "V ideálním případě byste chtěli uchovat živý exemplář, ale to je stále méně proveditelné, " říká Coddington. Minulý měsíc vědci navrhli, že Země je již uprostřed své šesté události hromadného vyhynutí. S ničením biotopů a množstvím hrozeb souvisejících s klimatickými změnami na obzoru chtějí vědci uchovat některé vzorky, zatímco mohou. "Je to urgentní, " dodává Kress.
Zachování těchto genomů nyní nám může pomoci v budoucnu se od nich poučit. Forest souhlasí: „Pokud máme genetickou rozmanitost zachovanou nějakým způsobem, můžeme se k ní vrátit za 20 let.“ Kromě učení z rostlinné DNA mohou vědci dokonce oživit vyhynulé rostliny. Myšlenka přivést druh zpět ze smrti přirozeně přichází s kontroverzí, ale nepřekonejme se před sebou. Lesní varování: „Tohle ještě není Jurský park - zatím. Technologie se však pohybuje tak rychle, že kdo ví, co bychom mohli udělat s trubicí DNA za 20 let. “
