Usred hladne magle i crne stijene lave, botaničar Vicki Funk obrezuje stabljiku havajske biljke žute cvjetnice nazvane 'ilima ( Sida fallax ). "Kad lava izađe u ocean, to je ono što kolonizira nove otoke", objašnjava ona.
Povezani sadržaj
- Što nam genomska istraživanja mogu reći o bioraznolikosti Zemlje
Funk, istraživač Nacionalnog muzeja prirodne povijesti Smithsonian, daleko je od Havaja. Umjesto toga, ona je u sobi u staklenom zidu američkog Botaničkog vrta u Washingtonu, DC Nakon što brzo stavi stabljiku na čist list tankog papira, Funk ga doda u svoju datoteku prešanih biljaka sličnih harmonikama. Svaki je sačuvan između papira i kartona, ukrašen drvenim letvicama i vezan jarko narančastim trakama. U međuvremenu pripravnici srednje škole i fakulteti u njenom laboratoriju izrezali su uzorak tkiva s iste biljke i brzo ga zabili u epruvetu koja je spremljena u vrelu tekuću dušik. Brzina je od suštinske važnosti. "DNK se počinje razgrađivati gotovo odmah", objašnjava Funk.
U srijedu su se Funk i njezin odjel kretali po vrtu uzimajući i uzorke drugih biljaka - stabla kakaa, aloe pahulje i biljke mrava. Njezin je rad dio Smithsonianove inicijative za globalni genom (GGI), koja je ovog tjedna pokrenula veliki projekt ljetnog vrta.
Sida fallax ili 'ilima živi u staništu vulkanskih stijena u konzervatoriju Botaničkog vrta u SAD-u, daleko od rodnog doma na Havajima. (Hilary-Morgan Watt, Smithsonian institucija) GGI je pokrenut prije dvije godine, a njegov je cilj očuvanje polovice svjetske biološke raznolikosti u skladištima širom svijeta. Da bi postigli ovaj cilj, istraživači su uzorkovali i katalogizirali biljke, životinje i insekte u terenskim ekspedicijama širom svijeta. "Zamislite to kao očuvanu biologiju 21. stoljeća", kaže Jon Coddington, entomolog u muzeju koji nadgleda projekt.
Za biljke to znači spajanje stare škole s novim školskim tehnikama sakupljanja. Botaničari su dugo koristili drvene preše za biljke kako bi dokumentirali lišće, cvijeće, pa čak i korijenje u tradicionalnom herbarijskom uzorku. Sada suspendiranjem uzoraka tkiva u silikagelu i zamrzavanjem u tekućem dušiku oni mogu bolje razumjeti biljne genetske tajne. Pritisnuti uzorci bit će sušeni kako bi se uništili svi zalutali kukci, dok će se uzorci tkiva pohraniti u goleme kriogene komore u Centru za podršku instituciji u Suitlandu, Maryland.
Pritisnuti herbarijski uzorci mogu nam toliko reći samo o biljkama, jer im se DNK s vremenom razgrađuje. Očuvanje biljne genetike otvara mnoštvo mogućnosti istraživanja, ali "pristup materijalu kvaliteta genoma je najigraničniji korak u genomici biljaka", kaže Coddington. Najbolji način očuvanja DNK je zamrzavanje u tekućem dušiku i njegovo skladištenje u objektima poput kriogenog skladišta Institucije - jednog od najvećih takve vrste.
Uzorci tkiva s biljaka u projektu GGI Gardens bit će pohranjeni u ogromnim kriogenim spremnicima napunjenim tekućim dušikom. Ovi zamrzivači pod nulom mogu sadržati do 4 milijuna uzoraka. (Donald E. Hurlbert, Smithsonian) Istraživači znaju puno o biljkama korisnim za ljude, ali postoje ogromne praznine u stablu biljaka. Sekvenciranjem mnoštva biljnih genoma mogu se popuniti te praznine. Srećom, tehnologija za to postigla je znatno jeftinije i brže u posljednjem desetljeću. „Bilo je potrebno deset godina da se humani genom ujedini. Sada biste to mogli napraviti za oko sat vremena ", kaže John Kress, botaničar u muzeju i Smithsonian-ov podsekretar za znanost.
Trenutno istraživači imaju genomske uzorke iz oko tri posto biljnih rodova širom svijeta. Tijekom ljeta, terenski timovi - samo prikupljanjem vrtova i parkova u Washingtonu, DC - nastojat će uzorkovati polovicu svjetskih biljnih obitelji. Zatim će projekt izvesti na put u druge botaničke vrtove. U sljedeće dvije godine znanstvenici se nadaju da će prikupiti uzorke od polovine biljnih rodova koji nastanjuju Zemlju. "Kada krenem od tri do 50 posto, to je velika razlika", kaže Coddington.
Sekvenciranje tolikog broja biljaka trebalo bi neko vrijeme. Za sada, GGI samo želi uzeti uzorke na ledu. Radi lakše identifikacije, stvorit će DNK barkod za svaki uzorak sekvenciranjem dvaju gena koji variraju od jedne biljke do druge. Uzorci će biti sačuvani u internetskoj bazi podataka i dostupni su ljubiteljima biljaka i istraživačima širom svijeta. Za sada ova knjižnica može pomoći identificirati biljke širom svijeta, a znanstvenici je mogu koristiti za slijed i proučavanje čitavih biljnih genoma.
Botanički vrt može se činiti neobičnim terenskim nalazištem. Obično se zamisli botaničari koji jure kroz džungle i penju se planinskim vrhovima kako bi prikupili rijetke i neotkrivene biljke. Student iz mature i botanike Morgan Gostel krenuli su na visokim visinama u Andama kako bi prikupili uzorke biljaka, ponekad kampirajući na nižim temperaturama i izvlačeći rezervoare s tekućim dušikom. Ova terenska ekspedicija drži ih mnogo bliže kući, s izrazito boljim vremenom i puno mogućnosti ručka s kamionom hrane za ručke. Međutim, "prljavi posao izrade kolekcije zaista se ne razlikuje od onoga što biste radili na terenu", napominje Gostel.
Sarah Gabler uzima uzorak tkiva od encijana plymouth rose ( Sabatia kennedyuana Fernald ). Epruvete su umotane u foliju i ispuštene u prijenosni spremnik s tekućim dušikom. (Američki botanički vrt) 
Kristen Van Neste i Vicki Funk pritisnuli su ružičasti uzorak plymouth ruževa encijana. Biljke su odabrane za uzorkovanje na temelju sezonskog cvjetanja. (Američki botanički vrt) 
Funk i njezin tim love biljke na uzorku od USBG-a. (Helen Thompson) 
Vicky Funk reže uzorak rijetke aloe pahulje snijega ( Aloe rauhii ), koja je rodom iz Madagaskara. (Hilary-Morgan Watt, Smithsonian institucija) 
Uzorak aloe pahulje snijega čeka da se spljošti u biljnoj presi Funka. Prilikom stvaranja prešanja istraživači pokušavaju uključiti što više dijelova biljke od cvijeća do korijena. (Helen Thompson) 
Sarah Gabler i Vicki Funk bacaju epruvetu s uzorkom tkiva iz mravlje biljke ( Hydnophytum formicarum ) u svoj rezervoar s tekućim dušikom. Sitni mravi nastanjuju stabljike ove biljke. (Američki botanički vrt) 
Kustos biljke Bill McLaughlin iz botaničkog vrta u SAD-u drži drvo sjemena sa stabla kakaa ( Theobroma cacao ), jedne od nekoliko biljaka uzorkovanih na demonstracijama u srijedu. Neki biljni genomi korisni za ljudsku poljoprivredu, poput kakaa, već su sekvencionirani. (James Di Loreto, Smithsonian Institution) 
Internisti (slijeva udesno) Sarah Gabler, Asia Hill i Kristen Van Neste gledaju kako Vicki Funk (krajnje desno) steže biljni tisak kako bi sačuvao uzorak biljke močvarne ruže nazvane plymouth ruža encijan ( Sabatia kennedyuana Fernald ) u američkom botaničkom vrtu 8. srpnja 2015. Tim je također snimio bilješke i slike kako bi pošao još jedan s prešanim i smrznutim uzorcima koje je prikupio. (James Di Loreto, Smithsonian Institution) 
Sarah Gabler, Kristen Van Neste, Vicki Funk, Asia Hill i Morgan Gostel odmori se od biljaka za uzimanje uzoraka kako bi pozirali za grupnu fotografiju izvan američkog konzervatorija Botanički vrt. (James Di Loreto, Smithsonian Institution) Pa, zašto je neortodoksno mjesto? Kao muzeji živih biljaka, vrtovi su idealno mjesto za popunjavanje tih praznina s dobro dokumentiranim uzorcima, pripremljenim za genomske sekvence. "Botanički vrtovi sakupljaju ovakve kolekcije, u nekim slučajevima već stotinama godina, vraćajući se čak u renesansu", kaže direktor vrta Ari Novy. Vrtovi također služe kao krovne organizacije za skupine uključene u otkrivanje vrsta. Neki su također dom sjemenskih banaka i specijalizirani su za određene vrste biljaka.
Istraživači mogu naučiti sve vrste od uzoraka sjemena i tkiva, od identificiranja invazivnih vrsta do odgovora na velika pitanja o evoluciji biljaka. "To je neograničeno", primjećuje Félix Forest, biološki evoluator biljaka u Kraljevskom botaničkom vrtu Kew u Velikoj Britaniji. Kew radi na sličnom projektu očuvanja genetskih uzoraka 25 posto divljih biljnih vrsta do 2020. godine.
GGI i Kew dio su većeg pokreta za očuvanje raznolikosti biljaka u bio-spremištima, poput Smithsonianovog kriogeničnog objekta i Svalbardovog svoda Antarktičkog sjemena. Udružili su se sa sličnim organizacijama radi formiranja Globalne mreže biološke raznolikosti genoma (GGBN).
Čemu žurba? "U idealnom slučaju želite sačuvati živi primjerak, ali to postaje manje izvodljivo", kaže Coddington. Prošli mjesec istraživači su sugerirali da se Zemlja već nalazi usred svog šestog događaja masovnog izumiranja. Uništavanjem staništa i nizom prijetnji vezanih uz klimatske promjene na horizontu, znanstvenici žele sačuvati neke uzorke dok još uvijek mogu. "U ovome postoji izvjesna hitnost", dodaje Kress.
Sačuvanje ovih genoma može nam pomoći u budućnosti od njih. Forest se slaže, "Ako se genetska raznolikost sačuva na neki način, tome se možemo vratiti za 20 godina." Osim učenja biljne DNK, istraživači su mogli uskrsnuti i izumrle biljke. Ideja vraćanja vrste od smrti prirodno dolazi sa kontroverzom, ali nemojmo ići ispred sebe. Šuma upozorava, „Ovo nije Park Jurja - još. Ali tehnologija se kreće tako brzo da tko zna što bismo mogli napraviti s DNK cijev za 20 godina. "
