2014年7月17日，世界決定想要了解隱藏在漂亮的小浮蕨(Azolla filiculoides)中的基因組秘密。他們不僅想知道，而且還通過(guò)名為Experiment.com的眾籌網(wǎng)站從123名支持者那里支付了高達(dá)22,160美元的費(fèi)用。

四年后，他們得到了他們付出的代價(jià)，甚至更多!該項(xiàng)目得到了預(yù)算目標(biāo)的147%的支持，這使研究人員能夠?qū)Φ谝粋€(gè)蕨類(lèi)植物基因組進(jìn)行測(cè)序和分析。通過(guò)額外的資金，他們可以測(cè)序第二種蕨類(lèi)植物Salvinia cucullata。他們的研究結(jié)果在本月出現(xiàn)在雜志自然植物。

第一作者，F(xiàn)ay-Wei Li，紐約州伊薩卡市Boyce Thompson研究所的教授，但他開(kāi)始尋找Azolla基因組作為北卡羅來(lái)納州杜克大學(xué)杜克大學(xué)的研究生研究員。他的博士學(xué)位顧問(wèn)是Kathleen Pryer，杜克大學(xué)教授和論文的最后一位作者。

Pryer一直試圖讓這個(gè)項(xiàng)目資助近二十年。她說(shuō)：“我遇到了'過(guò)于非傳統(tǒng)'和'不夠重要'的回應(yīng)。”Pryer和Li一起領(lǐng)導(dǎo)了一個(gè)在線(xiàn)活動(dòng)，您可以在這里閱讀更多信息，以獲得對(duì)該項(xiàng)目的支持。

最終，他們的籌款活動(dòng)引起了中國(guó)深圳北京基因組學(xué)研究所(BGI)的注意，他們提出免費(fèi)提供所有測(cè)序需求。通過(guò)這項(xiàng)額外的支持，以及與烏特勒支大學(xué)Henriette Schlupmann的合作，他們開(kāi)始了為期四年的探索未知蕨類(lèi)植物基因組空間的旅程。

那么有點(diǎn)蕨類(lèi)植物有什么特別之處呢?

“Azolla有著非常酷的生物學(xué)和進(jìn)化史，”李說(shuō)。“Azolla與藍(lán)藻共生，用于固氮，因此它已被用作亞洲稻田的綠肥數(shù)百年。”

研究人員發(fā)現(xiàn)，Azolla缺乏更廣泛的叢枝菌根和根瘤共生所必需的基因，水蕨不能建立。相反，蕨類(lèi)植物含有幾種特異于它們與念珠藻(Nostoc)相互作用的基因，念珠藻的基因組先前已被測(cè)序。

“現(xiàn)在我們已經(jīng)擁有了蕨類(lèi)植物和藍(lán)藻的基因組，很有希望利用這種天然生物肥料的秘密，這可能有助于未來(lái)的可持續(xù)農(nóng)業(yè)實(shí)踐，”Pryer說(shuō)。

研究小組的一個(gè)特別令人興奮的發(fā)現(xiàn)是蕨類(lèi)植物中一種重要的殺蟲(chóng)基因的起源，這種基因最近被分離并轉(zhuǎn)移到棉花植物中，在那里它可以提供對(duì)害蟲(chóng)的顯著保護(hù)。

“當(dāng)你走進(jìn)一片森林時(shí)，發(fā)現(xiàn)蕨類(lèi)植物幾乎沒(méi)有任何昆蟲(chóng)損害的跡象，通常會(huì)非常引人注目，”李說(shuō)。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)殺蟲(chóng)基因是蕨類(lèi)植物譜系特異性的，這解釋了為什么大多數(shù)其他植物缺乏這種抗性。此外，他們發(fā)現(xiàn)該基因可能首先通過(guò)細(xì)菌的水平基因轉(zhuǎn)移出現(xiàn)在蕨類(lèi)基因組中。

“換句話(huà)說(shuō)，蕨類(lèi)植物抵御昆蟲(chóng)食草動(dòng)物的能力很可能是由于細(xì)菌的'基因禮物'，”李說(shuō)。

隨著前兩個(gè)完整的蕨類(lèi)植物基因組觸手可及，研究人員回答了許多問(wèn)題，但發(fā)現(xiàn)了更多的謎團(tuán)需要研究。除了保持基因組測(cè)序之外，解開(kāi)秘密的更好方法是什么?

“我們正在開(kāi)發(fā)蕨類(lèi)植物以對(duì)更多的蕨類(lèi)植物基因組進(jìn)行測(cè)序!”李說(shuō)。“作為10K植物基因組項(xiàng)目合作的一部分，我們正在與BGI合作，對(duì)基因組測(cè)序的生命蕨樹(shù)進(jìn)行戰(zhàn)略性采樣。目前我們?cè)跍y(cè)序管道中有大約10種蕨類(lèi)植物。”

只有一點(diǎn)點(diǎn)公開(kāi)的“kickstart”，他們?cè)谒哪陜?nèi)從0變?yōu)?0。

“知道我的小額財(cái)務(wù)貢獻(xiàn)能夠增加人類(lèi)知識(shí)基金讓我震驚，”通過(guò)Experiment.com支持該項(xiàng)目的小說(shuō)作家Lydia Marcell說(shuō)。“理解這些基因可以為我們這個(gè)星球今天所面臨的一些巨大問(wèn)題提供解決方案，我很高興參與其中。”

“公眾和媒體對(duì)我們的項(xiàng)目具有重要意義的認(rèn)可和確認(rèn)對(duì)我們來(lái)說(shuō)是一次極好的外展和學(xué)習(xí)經(jīng)歷，”Pryer說(shuō)。“我非常重申能夠直接發(fā)現(xiàn)人們對(duì)純科學(xué)的關(guān)注!”