Среди прохладного тумана и черной лавовой породы ботаник Вики Функ отсекает стебель от гавайского растения желтого цвета, называемого 'ilima ( Sida fallax ). «Когда лава выходит в океан, это то, что колонизирует новые острова», - объясняет она.
Связанный контент
- Что могут рассказать нам геномные исследования о биоразнообразии Земли
Тем не менее, Фанк, исследователь Смитсоновского национального музея естественной истории, далеко от Гавайев. Вместо этого она находится в комнате консерватории со стеклянными стенами в Ботаническом саду США в Вашингтоне, округ Колумбия. Быстро взбивая стебель на чистый лист тонкой бумаги, Фанк добавляет его в свою гармошку, похожую на прессованные растения. Каждый из них хранится между бумагой и картоном, украшен деревянными планками и связан яркими оранжевыми ремешками. Тем временем старшеклассники средней школы и колледжа в ее лаборатории вырезали образец ткани с того же растения и быстро сунули его в пробирку, которая хранилась в кипящем котле с жидким азотом. Для Илимы скорость важна. «ДНК начинает разрушаться почти сразу», - объясняет Фанк.
В среду Фанк и ее отряд передвигались по саду, отбирая также образцы других растений - какао, снежинки алоэ и муравейника. Ее работа является частью Смитсоновской инициативы по глобальному геному (GGI), которая на этой неделе положила начало огромному проекту летнего сада.
Sida fallax или 'ilima живет в среде обитания вулканических пород в консерватории Ботанического сада США, вдали от своего родного дома на Гавайях. (Хилари-Морган Уотт, Смитсоновский институт) GGI была запущена два года назад, и ее целью является сохранение половины мирового биоразнообразия в хранилищах по всему миру. Чтобы достичь этой цели, исследователи взяли образцы и каталогизировали растения, животных и насекомых в полевых экспедициях по всему миру. «Думайте об этом как о биологии сохранения 21-го века», - говорит Джон Коддингтон, энтомолог из музея, курирующий проект.
Для растений это означает слияние старой школы с новыми методами сбора школьных предметов. Ботаники издавна использовали деревянные прессы для выращивания листьев, цветов и даже корней в традиционном гербарийном образце. Теперь, подвешивая образцы тканей в силикагеле и замораживая их в жидком азоте, они могут лучше понять генетические секреты растения. Отжатые образцы будут высушены для уничтожения каких-либо случайных насекомых, а образцы тканей будут храниться в гигантских криогенных камерах в Центре поддержки музеев Института в Сейтленде, штат Мэриленд.
Прессованные образцы гербария могут рассказать нам только о растениях, потому что их ДНК со временем деградирует. Сохранение генетики растения открывает множество возможностей для исследований, но «доступ к качественному материалу генома является наиболее ограничивающим шагом в геномике растений», - говорит Коддингтон. Лучший способ сохранить ДНК - заморозить ее в жидком азоте и хранить в таких учреждениях, как криогенное хранилище Института - одно из крупнейших в своем роде.
Образцы тканей растений из проекта GGI Gardens будут храниться в огромных криогенных резервуарах, заполненных жидким азотом. Эти отрицательные морозильники могут содержать до 4 миллионов образцов. (Дональд Э. Херлберт, Смитсоновский институт) Исследователи много знают о растениях, полезных для человека, но в генеалогическом дереве растений имеются огромные пробелы. Секвенирование множества геномов растений может заполнить эти пробелы. К счастью, технология, которая делает это, стала намного дешевле и быстрее за последнее десятилетие. «Потребовалось десять лет, чтобы упорядочить геном человека. Теперь вы можете сделать это примерно через час », - говорит Джон Кресс, ботаник в музее и заместитель министра науки Смитсоновского института.
Сейчас у исследователей есть геномные образцы примерно трех процентов родов растений во всем мире. В течение лета полевые команды - просто собирая в садах и парках в Вашингтоне, округ Колумбия, - будут стремиться отобрать половину семейства растений в мире. Далее они возьмут проект на дорогу в другие ботанические сады. В ближайшие два года ученые надеются собрать образцы из половины родов растений, населяющих Землю. «От трех до 50 процентов это огромная разница», - говорит Коддингтон.
Секвенирование очень многих растений займет некоторое время. На данный момент GGI просто хочет получить образцы на льду. Для простоты идентификации они создадут штрих-код ДНК для каждого образца путем секвенирования двух генов, которые варьируются от одного растения к другому. Образцы будут сохранены в онлайн-базе данных и доступны для энтузиастов растений и исследователей по всему миру. На данный момент эта библиотека может помочь идентифицировать растения по всему миру, и ученые могут использовать ее для секвенирования и изучения целых геномов растений.
Ботанический сад может показаться необычным полевым участком. Как правило, можно представить себе ботаников, которые бродят по джунглям и поднимаются на горные вершины, чтобы собрать редкие и неизведанные растения. Фанк и аспирант ботаники Морган Гостел отправились на высокие возвышения в Андах, чтобы собрать образцы растений, иногда разбивая лагерь при температуре ниже нуля и перевозя резервуары с жидким азотом в горы. Эта полевая экспедиция держит их намного ближе к дому, благодаря значительно лучшей погоде и большому количеству вариантов обеда на грузовиках. Тем не менее, «грязная работа по созданию коллекции на самом деле ничем не отличается от того, что вы делали бы на местах», - отмечает Гостел.
Сара Габлер берет образец ткани у горечавки Розы Плимут ( Sabatia kennedyuana Fernald ). Пробирки заворачивают в фольгу и опускают в переносную емкость с жидким азотом. (Ботанический сад США) 
Кристен Ван Несте и Вики Фанк надевают образец горечавки с розовым цветком в форме плимута. Растения были отобраны для отбора проб на основе сезонного цветения. (Ботанический сад США) 
Фанк и ее команда охотятся за растениями, чтобы попробовать их на USBG. (Хелен Томпсон) 
Вики Фанк вырезает образец редкого снежного алоэ ( Aloe rauhii ), которое является родным для Мадагаскара. (Хилари-Морган Уотт, Смитсоновский институт) 
Образец алоэ в виде снежинки ждет, чтобы его растоптали в прессе Фанка. При создании прессинга исследователи стараются включить как можно больше частей растения от цветов до корней. (Хелен Томпсон) 
Сара Габлер и Вики Фанк опускают пробирку с образцом ткани из растения муравья ( Hydnophytum formicarum ) в полевую емкость с жидким азотом. Крошечные муравьи населяют стебли этого растения. (Ботанический сад США) 
Куратор растений Билл Маклафлин из Ботанического сада США поднимает семя из какао-дерева ( Theobroma cacao ), одного из нескольких растений, отобранных на демонстрации в среду. Некоторые полезные для сельского хозяйства человека геномы растений, такие как какао, уже секвенированы. (Джеймс Ди Лорето, Смитсоновский институт) 
Стажеры (слева направо) Сара Габлер, Азия Хилл и Кристен Ван Несте смотрят, как Вики Функ (крайняя справа) подтягивает растительный пресс, чтобы сохранить образец болотного растения под названием горечавка розовой плимута ( Sabatia kennedyuana Fernald ) в Ботаническом саду США. 8 июля 2015 года. Команда также делала заметки и изображения, чтобы пойти вместе с отжатыми и замороженными образцами, которые они собрали. (Джеймс Ди Лорето, Смитсоновский институт) 
Сара Габлер, Кристен Ван Несте, Вики Фанк, Азия Хилл и Морган Гостел отдыхают от пробных растений, чтобы позировать для групповой фотографии возле консерватории Ботанического сада США. (Джеймс Ди Лорето, Смитсоновский институт) Итак, почему неортодоксальное место встречи? Как живые музеи растений, сады являются идеальным местом для заполнения этих пробелов хорошо документированными образцами, подготовленными для секвенирования генома. «Ботанические сады собирают такие коллекции, в некоторых случаях, в течение сотен лет, вплоть до эпохи Возрождения», - говорит директор сада Ари Нови. Сады также служат зонтичными организациями для групп, занимающихся поиском видов. Некоторые из них также являются домом для семенных банков и специализируются на конкретных видах растений.
Исследователи могут изучать самые разные вещи из образцов семян и тканей, от выявления инвазивных видов до ответов на большие вопросы об эволюции растений. «Это безгранично», - отмечает Феликс Форест, биолог-эволюционист из Королевского ботанического сада Кью в Великобритании. Кью работает над аналогичным проектом по сохранению генетических образцов 25 процентов видов диких растений к 2020 году.
GGI и Kew являются частью более широкого движения по сохранению разнообразия растений в биорепозиториях, таких как криогенная установка Смитсоновского института и хранилище семян Антарктики на Шпицбергене. Они объединились с аналогичными организациями, чтобы сформировать Глобальную сеть по биоразнообразию генома (GGBN).
Что за спешка? «В идеале вы хотели бы сохранить живой образец, но это становится менее осуществимым», - говорит Коддингтон. В прошлом месяце исследователи предположили, что Земля уже в разгар шестого события массового вымирания. В связи с разрушением среды обитания и множеством угроз, связанных с изменением климата, ученые хотят сохранить некоторые образцы, пока они еще могут. «В этом есть определенная необходимость», - добавляет Кресс.
Сохранение этих геномов сейчас может помочь нам учиться у них в будущем. Форест соглашается: «Если мы сохраним генетическое разнообразие каким-то образом, мы можем вернуться к нему через 20 лет». Помимо изучения ДНК растений, исследователи могут даже воскресить вымершие растения. Идея возвращения вида из смерти, естественно, приходит с полемикой, но давайте не будем забегать вперед. Форест предупреждает: «Это еще не Парк Юрского периода - пока. Но технологии развиваются так быстро, что кто знает, что мы могли бы сделать с пробиркой ДНК через 20 лет ».
