De Mississippi-rivierdelta is de thuisbasis van 's werelds grootste aaneengesloten strook Phragmites australis, of beter bekend als het gewone riet. Maar de plant die tot bijna 6 meter hoog kan worden en een cruciaal onderdeel is geweest bij het stabiliseren van de kust van de staat tegen erosie, is niet echt inheems in Louisiana - nou ja, niet helemaal.

Er zijn meerdere P. australis-genotypen. P. australis ondersoort, of ssp., americanus is de inheemse ondersoort in de VS en Canada. Phragmites australis ssp. australis is ontstaan ​​in Midden-Europa en werd vervolgens geïntroduceerd in de VS, waar het nu wordt beschouwd als een van de meest problematische invasieve soorten in Noord-Amerika.

Wat milieuonderzoekers verbijsterd heeft, is de invasieve ssp. australis heeft mogelijkheden getoond die verder gaan dan die van de native ssp. americanus in zijn vermogen om te gedijen in de wetlands, vooral rond de Grote Meren, die vaak veel groter en dichter worden, en op hun beurt het inheemse ecosysteem verstoren.

In een nieuw gepubliceerde studie in Molecular Ecology , en onlangs verschenen in een editie van The Scientist, werkten LSU-onderzoekers samen met Tulane University en de U.S. Geological Survey om de genomische bases van P. australis te bestuderen en om te onderzoeken wat de invasieve ondersoort van rietgras precies doet gedijen in wetlands, in vergelijking met zijn inheemse tegenhanger. Voor dit baanbrekende genomische onderzoek werden monsters gebruikt van locaties in de regio van de Grote Meren, hoewel de plant in heel Noord-Amerika groeit.

"We proberen de genomische basis voor invasiviteit in planten te begrijpen", zegt Dong-Ha Oh, onderzoeksassistent-professor in het Dassanayake Lab van de afdeling Biologische Wetenschappen van LSU en hoofdauteur van het artikel.

Dit project resulteerde in de eerste genoomreferentie voor deze wereldwijd erkende invasieve plant die kan worden gebruikt door plantwetenschappers die de evolutie van invasieve eigenschappen bestuderen, evenals wetenschappers die genetisch gebaseerde strategieën ontwerpen om invasieve planten te beheren in de conserveringsbiologie.

De studie omvatte ook een vergelijking van genexpressiegegevens of vergelijkende transcriptomics. Bij gebruik met het nieuw samengestelde genoom suggereerde het dat genen die geassocieerd zijn met pathogeen- en verdedigingsreacties continu in hoge mate tot expressie werden gebracht in de invasieve ondersoort, terwijl vergelijkbare genen in de inheemse ondersoort op veel lagere expressieniveaus werden gevonden en alleen werden geïnduceerd als er een pathogeen was .

"We zien een ingebouwde verdedigingsreactie in de invasieve planten die veel hoger is dan in de inheemse plant", zegt Maheshi Dassanayake, universitair hoofddocent bij de LSU-afdeling Biologische Wetenschappen en een corresponderende auteur van het artikel. "Als we deze beide planten bijvoorbeeld een ziekteverwekker geven en vervolgens testen wat er gebeurt, zien we dat de inheemse plant drastisch reageert op de aanval, terwijl de invasieve plant het gewoon niet kan schelen omdat hij altijd zijn schilden omhoog heeft."

Chathura Wijesinghege, een afgestudeerde student in het Dassanayake Lab, droeg bij aan dit werk door de evolutionaire geschiedenis van Phragmites en nauw verwante grassen te traceren. Dassanayake werd uitgenodigd om samen te werken aan een bestaand project tussen Tulane's Keith Clay en USGS's Kurt Kowalski dat een genoomproject financierde met als doel genetische controlemaatregelen te ontwerpen die inheemse ondersoorten kunnen onderscheiden van de invasieve ondersoorten zonder onbedoelde schade aan de inheemse fauna en flora te veroorzaken .

"De USGS erkende de managementbehoefte en startte een analyse van de genetische samenstelling van Phragmites als onderdeel van de nieuwe studie," zei Kowalski. "Dit baanbrekende onderzoek biedt een routekaart voor de verdere ontwikkeling van soortspecifieke behandelingen om invasieve Phragmites te bestrijden en biedt inzicht in hoe het zich verhoudt tot andere grassen."

Het Dassanayake Lab analyseerde het genoom van de invasieve plant met behulp van LSU's High Performance Computing-services en onthulde een unieke geschiedenis van genoombrede duplicatiegebeurtenissen die waarschijnlijk nieuw genetisch materiaal opleverden voor de divergentie van de invasieve en inheemse ondersoort. Na het identificeren van referentiegenen in het genoom, keek de groep naar hun expressie in de inheemse ondersoort in vergelijking met de invasieve.

"[Deze invasieve rietondersoort] vernietigt ecosystemen die zijn aangepast aan het inheemse riet, en [de USGS] wil een biologische oplossing vinden die het gebruik van generieke herbiciden of arbeidsintensieve mechanische verwijdering vermijdt," zei Oh. "Als we het gewoon laten, kan het ecosysteem zich misschien over honderden jaren uiteindelijk aanpassen aan deze invasieve soort, maar in de tussentijd kunnen we waarschijnlijk veel van de lokale biodiversiteit verliezen. Plantbiologen en natuurbeschermingsbiologen kunnen dus samenwerken om effectieve en duurzame oplossingen om dit probleem onder controle te krijgen voordat onomkeerbare schade wordt geconstateerd aan onze inheemse gemeenschappen."