El delta del río Mississippi es el hogar de la franja contigua más grande del mundo de Phragmites australis, o más comúnmente conocida como la caña común. Pero la planta que puede crecer hasta casi 20 pies de altura y ha sido un componente crítico en la estabilización de la costa del estado contra la erosión no es en realidad originaria de Luisiana, bueno, no del todo.

Hay múltiples genotipos de P. australis. La subespecie P. australis, o ssp., americanus es la subespecie nativa en los EE. UU. y Canadá. Sin embargo, Phragmites australis ssp. australis se originó en Europa central y posteriormente se introdujo en los EE. UU., donde ahora se considera una de las especies invasoras más problemáticas de América del Norte.

Lo que ha dejado perplejos a los investigadores ambientales es la invasiva ssp. australis ha mostrado capacidades más allá de las del ssp nativo. americanus en su capacidad para prosperar en los humedales, especialmente alrededor de los Grandes Lagos, a menudo creciendo para ser mucho más alto y más denso y, a su vez, perturbando el ecosistema nativo.

En un estudio recientemente publicado en Molecular Ecology , y presentado recientemente en una edición de The Scientist, los investigadores de LSU colaboraron con la Universidad de Tulane y el Servicio Geológico de EE. UU. para estudiar las bases genómicas de P. australis e investigar qué es exactamente lo que hace que la subespecie de caña invasora prospere en los humedales, en comparación con su contraparte nativa. Se utilizaron muestras de sitios ubicados alrededor de la región de los Grandes Lagos para este estudio genómico pionero, aunque la planta se puede encontrar creciendo en toda América del Norte.

"Estamos tratando de comprender la base genómica de la invasividad en las plantas", dijo Dong-Ha Oh, profesor asistente de investigación en el Laboratorio Dassanayake en el Departamento de Ciencias Biológicas de LSU y autor principal del artículo.

Este proyecto resultó en la primera referencia del genoma para esta planta invasora reconocida a nivel mundial que puede ser utilizada por los científicos de plantas que estudian la evolución de los rasgos invasivos, así como por los científicos que diseñan estrategias basadas en la genética para manejar las plantas invasoras en la biología de la conservación.

El estudio también incluyó una comparación de datos de expresión génica o transcriptómica comparativa. Cuando se usó con el genoma recién ensamblado, sugirió que los genes asociados con el patógeno y las respuestas de defensa se expresaron continuamente en las subespecies invasoras, mientras que genes similares en las subespecies nativas se encontraron en niveles de expresión mucho más bajos y solo se indujeron cuando había un patógeno. .

"Estamos viendo una respuesta de defensa incorporada en las plantas invasoras que es mucho mayor que en la planta nativa", dijo Maheshi Dassanayake, profesor asociado en el Departamento de Ciencias Biológicas de LSU y autor correspondiente del artículo. "Por ejemplo, si le damos un patógeno a ambas plantas y luego probamos lo que sucede, vemos que la nativa actúa de manera drástica para responder al ataque, mientras que a la invasora simplemente no le importa porque siempre tiene los escudos levantados".

Chathura Wijesinghege, estudiante de posgrado en el Laboratorio Dassanayake, contribuyó a este trabajo rastreando la historia evolutiva de Phragmites y pastos estrechamente relacionados. Dassanayake fue invitado a colaborar en un proyecto existente entre Keith Clay de Tulane y Kurt Kowalski de USGS que financió un proyecto de genoma con el objetivo de diseñar medidas de control genético que puedan diferenciar las subespecies nativas de las subespecies invasoras sin causar daños no intencionales a la fauna y la flora nativas. .

"El USGS reconoció la necesidad de gestión e inició el análisis de la composición genética de Phragmites como parte del nuevo estudio", dijo Kowalski. "Esta investigación de vanguardia proporciona una hoja de ruta para un mayor desarrollo de tratamientos específicos de especies para controlar Phragmites invasivos y ofrece información sobre cómo se compara con otros pastos".

El Laboratorio Dassanayake analizó el genoma de la planta invasora utilizando los servicios de computación de alto rendimiento de LSU y reveló una historia única de eventos de duplicación de todo el genoma que probablemente proporcionaron material genético novedoso para la divergencia de las subespecies invasoras y nativas. Después de identificar genes de referencia en el genoma, el grupo analizó su expresión en las subespecies nativas en comparación con las invasivas.

"[Esta subespecie de caña invasora] está destruyendo ecosistemas que se han adaptado a las cañas nativas, y [el USGS] quiere encontrar alguna solución biológica que evite el uso de herbicidas genéricos o la remoción mecánica intensiva en mano de obra", dijo Oh. "Si simplemente lo dejamos, tal vez en cientos de años el ecosistema eventualmente se adapte a esta especie invasora, pero es probable que mientras tanto perdamos gran parte de la biodiversidad local. Entonces, los biólogos de plantas y los biólogos de la conservación pueden trabajar juntos para encontrar soluciones sostenibles para controlar este problema antes de que se observen daños irreversibles a nuestras comunidades nativas”.