Viileän sumun ja mustan laavakiven keskellä kasvitieteilijä Vicki Funk leikkaa varren keltaisesta kukkaisesta havaijin kasvista nimeltään 'ilima ( Sida fallax ). "Kun laava tulee valtamerelle, tämä kolonisoi uusia saaria", hän selittää.
Asiaan liittyvä sisältö
- Mitä genomiset tutkimukset voivat kertoa meille maan biologisesta monimuotoisuudesta
Funk, Smithsonianin kansallisen luonnontieteellisen museon tutkija, on kuitenkin kaukana Havaijista. Sen sijaan hän on huoneessa USA: n kasvitieteellisen puutarhan lasiseinäisessä konservatoriossa Washingtonissa, DC: ssä. Kun varsi on valastettu nopeasti puhtaalle ohuelle paperiarkille, Funk lisää sen harmonikkamaiseen tiedostoonsa puristetuista kasveista. Jokainen säilytetään paperin ja pahvin välissä, täytetään puisilla säleillä ja sidotaan yhteen kirkkaan oransseilla hihnilla. Samaan aikaan lukion ja yliopiston harjoittelijat laboratoriossa leikkasivat kudosnäytteen samasta kasvista ja kiinnittivät sen nopeasti koeputkeen, joka on varastoitu nestemäisen typen kuplivaan pataan. 'Iliman kohdalla nopeus on oleellista. "DNA alkaa hajoa melkein heti", Funk selittää.
Keskiviikkona Funk ja hänen joukkonsa muuttivat puutarhan ympäri ottaen näytteitä myös muista kasveista - muun muassa kaakaopuu, lumihiutale-aloe ja muurahaiskasvi. Hänen työnsä on osa Smithsonianin Global Genome Initiative (GGI) -aloitetta, joka käynnisti valtavan kesäpuutarhaprojektin tällä viikolla.
Sida fallax tai 'ilima asuu vulkaanisessa kallioalueessa Yhdysvaltain kasvitieteellisen puutarhan viherhuoneessa kaukana alkuperäiskodistaan Havaijilla. (Hilary-Morgan Watt, Smithsonian instituutio) GGI käynnistettiin kaksi vuotta sitten, ja sen tavoitteena on säilyttää puolet maailman biologisesta monimuotoisuudesta säilytystiloissa ympäri maailmaa. Tämän tavoitteen saavuttamiseksi tutkijat ovat näytteilleetneet ja luetteloineet kasveja, eläimiä ja hyönteisiä kenttäretkailusta ympäri maailmaa. "Ajattele sitä 2000-luvun luonnonsuojelubiologiana", sanoo museon entomologi Jon Coddington, joka valvoo projektia.
Kasveille se tarkoittaa vanhan koulun yhdistämistä uusiin koulunkeräystekniikoihin. Kasvitieteilijät ovat jo pitkään käyttäneet puisia kasvipuristimia dokumentoidakseen lehtiä, kukkia ja jopa juuria perinteiseen herbaariuminäytteeseen. Suspendoimalla kudosnäytteet silikageeliin ja jäädyttämällä ne nestemäisessä typessä ne ymmärtävät paremmin kasvin geneettiset salaisuudet. Paineistetut näytteet kuivataan mahdollisten kulkuneuvojen tappamiseksi, kun taas kudosnäytteet varastoidaan jättiläisissä kryogeenisissä kammioissa Institution Museum Museum -keskuksessa Suitlandissa, Marylandissa.
Puristetut herbaariuminäytteet voivat kertoa meille vain niin paljon kasveista, koska niiden DNA hajoaa ajan myötä. Kasvin genetiikan säilyttäminen avaa lukuisia tutkimusmahdollisuuksia, mutta ”pääsy genominlaatuiseen materiaaliin on rajoittavin askel kasvien genomiikassa”, Coddington sanoo. Paras tapa säilyttää DNA on jäädyttää se nestemäisessä typessä ja varastoida se tiloihin, kuten laitoksen kryogeeninen varasto - yksi laajimmista laatuaan.
GGI Gardens -projektin kasvien kudosnäytteet varastoidaan suuriin kryogeenisiin säiliöihin, jotka on täytetty nestemäisellä typellä. Näihin nolla-alaisiin pakastimiin mahtuu jopa 4 miljoonaa näytettä. (Donald E. Hurlbert, Smithsonian) Tutkijat tietävät paljon ihmisille hyödyllisistä kasveista, mutta kasvien sukupuussa on valtavia aukkoja. Kasvigenomien lukuisten sekvensointi voi täyttää nämä aukot. Onneksi tekniikka tämän tekemiseen on tullut paljon halvemmaksi ja nopeammaksi viimeisen vuosikymmenen aikana. ”Kesti kymmenen vuotta ihmisen genomin järjestämiseen. Nyt voit tehdä sen noin tunnissa ”, sanoo museon kasvitieteilijä John Kress ja Smithsonianin aluesihteeri.
Tällä hetkellä tutkijoilla on genominäytteitä noin kolmelta prosentilta kasvisukuista ympäri maailmaa. Kesällä kenttätiimit - vain keräämällä puutarhoissa ja puistoissa Washington DC: n alueella - pyrkivät näytteittämään puolet maailman kasviperheistä. Seuraavaksi he vievät projektin tiellä muihin kasvitieteellisiin puutarhoihin. Kahden seuraavan vuoden aikana tutkijat toivovat keräävänsä näytteitä maapallon asuttamista kasvisukuista. "Nousu kolmesta 50 prosenttiin, siinä on valtava ero", sanoo Coddington.
Niin monien kasvien sekvensointi vie kuitenkin jonkin aikaa. Toistaiseksi GGI haluaa vain saada näytteet jäälle. Helppoa tunnistamista varten he luovat DNA-viivakoodin jokaiselle näytteelle sekvensoimalla kaksi geeniä, jotka vaihtelevat kasvien välillä. Näytteet säilytetään tietokannassa verkossa ja ovat kasvien harrastajien ja tutkijoiden käytettävissä ympäri maailmaa. Toistaiseksi tämä kirjasto voi auttaa tunnistamaan kasveja ympäri maailmaa, ja tiedemiehet voivat käyttää sitä sekvensoimaan ja tutkimaan kasvien kokonaisia genomeja.
Kasvitieteellinen puutarha saattaa tuntua epätavalliselta pellolta. Tyypillisesti kuvitellaan, että kasvitieteilijät matkustavat viidakkojen läpi ja kiipeävät vuorenhuipulle kerätäkseen harvinaisia ja löytämättömiä kasveja. Funkin ja kasvitieteen tutkinnon jatko-opiskelija Morgan Gostel on matkanut korkeille korkeuksille Andeilla kerätäkseen kasvinäytteitä, joskus leiriytyen jäätymislämpötilojen alapuolella ja vetäen nestemäisen typpisäiliön vuorille. Tämä retkikunta pitää heidät paljon lähempänä kotia, selvästi paremmalla säällä ja runsaalla lonkkaruokakuorma-autojen lounasvaihtoehdoilla. "Kokoelman likainen työ ei tosiaankaan eroa siitä, mitä tekisit kentällä", toteaa Gostel.
Sarah Gabler ottaa kudosnäytteen plymouttiruusun gentiosta ( Sabatia kennedyuana Fernald ). Koeputket kääritään folioon ja pudotetaan kannettavaan nestetyppisäiliöön. (Yhdysvaltain kasvitieteellinen puutarha) 
Kristen Van Neste ja Vicki Funk puristavat vaaleanpunaisen kukinnan plymouth ruusun gentianäytteen. Kasvit valittiin näytteenottoon perustuvaan kausivaihtelusta. (Yhdysvaltain kasvitieteellinen puutarha) 
Funk ja hänen joukkueensa metsästävät kasveja näytteille USBG: lle. (Helen Thompson) 
Vicky Funk leikkaa näytteen harvinaisesta lumihiutale- aloesta ( Aloe rauhii ), joka on kotoisin Madagaskarilta. (Hilary-Morgan Watt, Smithsonian instituutio) 
Näyte lumihiutale-aloesta odottaa levittymistä Funkin kasvinpuristimessa. Puristusta luotaessa tutkijat yrittävät sisällyttää niin monta kasvin osaa kuin kukista juuriin. (Helen Thompson) 
Sarah Gabler ja Vicki Funk pudottavat koeputken, joka sisältää kudosnäytteen muurahaisesta kasvista ( Hydnophytum formicarum ) nestemäisen typpikentän säiliöön. Pienet muurahaiset asuttavat tämän kasvin varret. (Yhdysvaltain kasvitieteellinen puutarha) 
Kasvien kuraattori Bill McLaughlin Yhdysvaltain kasvitieteellisestä puutarhasta pitää siemenkalan kaakaopuusta ( Theobroma cacao ), joka on yksi monista kasveista, joista otettiin keskiviikon mielenosoituksen yhteydessä. Jotkut ihmisten maataloudelle hyödylliset kasvigenomit, kuten kaakao, on jo sekvensoitu. (James Di Loreto, Smithsonian instituutio) 
Harjoittelijat (vasemmalta oikealle) Sarah Gabler, Asia Hill ja Kristen Van Neste odottavat, että Vicki Funk (oikealla reunalla ) kiristää kasvispuristintaan säilyttääkseen näytteen purokasvista, jota kutsutaan plymouth ruusu gentianaksi ( Sabatia kennedyuana Fernald ) Yhdysvaltain kasvitieteellisessä puutarhassa 8. heinäkuuta 2015. Ryhmä teki myös muistiinpanoja ja kuvia siirtyäkseen toiseen kerättyjen puristettujen ja pakastettujen näytteiden kanssa. (James Di Loreto, Smithsonian instituutio) 
Sarah Gabler, Kristen Van Neste, Vicki Funk, Asia Hill ja Morgan Gostel tekevät tauon näytteenottolaitoksista poseeraamaan ryhmäkuvaa Yhdysvaltain kasvitieteellisen puutarhan viherhuoneen ulkopuolella. (James Di Loreto, Smithsonian instituutio) Joten miksi epätavallinen tapahtumapaikka? Elävien kasvien museoina puutarhat ovat ihanteellisessa paikassa täyttämään nämä aukot hyvin dokumentoiduilla näytteillä, jotka on valmistettu genomiselle sekvensoinnille. "Kasvitieteelliset puutarhat ovat koonnut tämänkaltaisia kokoelmia, joissakin tapauksissa satojen vuosien ajan, palaten jopa renessanssiin", kertoo puutarhan johtaja Ari Novy. Puutarhat toimivat myös kattojärjestöinä ryhmille, jotka osallistuvat lajien löytämiseen. Jotkut asuvat myös siemenpankeissa ja ovat erikoistuneet tietyntyyppisiin kasveihin.
Tutkijat voivat oppia kaikenlaisia asioita siemen- ja kudosnäytteistä, invasiivisten lajien tunnistamisesta aina kasvien evoluutiota koskeviin suuriin kysymyksiin vastaamiseen. "Se on rajaton", toteaa Félix Forest, kasvien evoluutiobiologi Kewin kuninkaallisessa kasvitieteellisessä puutarhassa Yhdistyneessä kuningaskunnassa. Kew työskentelee samankaltaisen hankkeen kanssa, jolla säilytetään 25 prosentin geeninäytteet luonnonvaraisista kasvilajeista vuoteen 2020 mennessä.
GGI ja Kew ovat osa suurempaa liikettä kasvien monimuotoisuuden säilyttämiseksi biovarastoissa, kuten Smithsonianin kryogeeninen laitos ja Svalbardin Antarktisen siemenholvi. He ovat ryhtyneet yhteistyöhön samanlaisten organisaatioiden kanssa muodostamaan Global Genome Biodiversity Network (GGBN).
Mikä kiire? "Ihannetapauksessa haluaisit säilyttää elävän yksilön, mutta siitä tulee vähemmän toteutettavissa", Coddington sanoo. Viime kuussa tutkijat ehdottivat, että maapallo on jo puolivälissä kuudennen joukkotuhhistumisen tapahtumassa. Kun elinympäristöjä tuhotaan ja joukko ilmastonmuutokseen liittyviä uhkia on horisontissa, tutkijat haluavat säilyttää joitain näytteitä niin kauan kuin pystyvät. "Tähän on tietty kiireellisyys", lisää Kress.
Näiden genomien säilyttäminen nyt voi auttaa meitä oppimaan niistä tulevaisuudessa. Forest on samaa mieltä: "Jos meillä on geneettinen monimuotoisuus säilynyt jollain tavalla, voimme palata siihen 20 vuodessa." Kasvien DNA: sta oppimisen lisäksi tutkijat voisivat jopa elvyttää sukupuuttoon kuolleet kasvit. Ajatus lajien palauttamisesta kuolemasta liittyy luonnollisesti kiistoihin, mutta älkäämme päästäkö itsemme eteenpäin. Metsä varoittaa: ”Tämä ei ole vielä Jurassic Park - vielä. Mutta tekniikka etenee niin nopeasti, että kuka tietää, mitä voimme tehdä DNA-putkella 20 vuoden kuluttua. "
