Wetenschap
De genetische blauwdruk van woestijnpopulieren:inzichten in aanpassings- en overlevingsmechanismen
Populus pruinosa is een relikwiesoort die overleeft in de ruige woestijnomgevingen van West-China en Centraal-Azië. Naarmate de opwarming van de aarde en de woestijnvorming toenemen, is het van cruciaal belang om de genetische mechanismen achter de ecologische aanpassing ervan te begrijpen. Eerdere genomische bronnen waren onvoldoende voor uitgebreide studies. Op basis van deze uitdagingen is er behoefte aan diepgaand onderzoek om de genetische basis van het aanpassingsvermogen en de overleving van P. pruinosa onder extreme omstandigheden bloot te leggen.
Onderzoekers van Tarim University en South-Central Minzu University hebben een studie over P. pruinosa gepubliceerd in het tijdschrift Horticulture Research op 6 februari 2024. Deze studie presenteert het eerste genoom op chromosoomschaal van de soort en onthult kritische inzichten in de adaptieve evolutie ervan aan extreme woestijnomgevingen. Deze uitgebreide genomische analyse vormt een basis voor toekomstige ecologische en genetische studies.
De studie heeft met succes het genoom op chromosoomniveau van P. pruinosa geassembleerd en geannoteerd, met behulp van een combinatie van Illumina-, PacBio- en Hi-C-sequencingtechnologieën. Uit de analyse bleek dat achtereenvolgens gedupliceerde genen en uitgebreide genfamilies in P. pruinosa aanzienlijk bijdragen aan het aanpassingsvermogen ervan aan hoge zoutgehaltes en droogte.
Lange terminale herhaalde retrotransposons (LTR-RT's) ingevoegd in genlichaamsgebieden werden geïdentificeerd als aanjagers van adaptieve evolutie, waardoor soortendifferentiatie in zoute-alkali-woestijnomgevingen wordt vergemakkelijkt.
Hersequencing van het hele genoom van individuen uit verschillende populaties bracht genetische differentiatie aan het licht tussen populaties in het noordelijke en zuidelijke Tianshan-gebergte, aangedreven door neerslag. Sleutelgenen, zoals MAG2-interacterend eiwit 2 (MIP2) en SET-domeineiwit 25 (SDG25), spelen een cruciale rol in deze aanpassing.
Bovendien worden genen als RCI2A en ERD4 gecoupreguleerd onder zout- en droogtestress, waardoor de tolerantie van de soort voor extreme omstandigheden wordt vergroot.
Dr. Zhihua Wu, co-auteur van de studie, verklaarde:"Dit onderzoek markeert een belangrijke mijlpaal in ons begrip van P. pruinosa. Door de genetische mechanismen achter zijn aanpassing aan barre woestijnomgevingen te onthullen, kunnen we de veerkracht hiervan beter waarderen." Deze kennis bevordert niet alleen ons wetenschappelijk inzicht, maar biedt ook potentiële toepassingen in ecologisch behoud en de ontwikkeling van veerkrachtige plantenvariëteiten."
De bevindingen van de studie hebben aanzienlijke implicaties voor ecologisch behoud en genetisch onderzoek. Inzicht in de genetische basis van het aanpassingsvermogen van P. pruinosa kan als leidraad dienen voor de instandhoudingsstrategieën voor deze soort en zijn leefgebied. Deze inzichten kunnen ook de genetische veerkracht verbeteren van andere planten die met soortgelijke stress te maken krijgen.
De uitgebreide genomische analyse biedt een waardevolle bron voor toekomstig onderzoek naar adaptieve evolutie en soortendifferentiatie in extreme omgevingen.