Hvad får dette invasive, ikke-hjemmehørende rørgræs til at trives i vådområderne?

Mississippi River Delta er hjemsted for verdens største sammenhængende skår af Phragmites australis, eller mere almindeligt kendt som almindelig siv. Men planten, der kan blive næsten 20 fod høj og har været en kritisk komponent i at stabilisere statens kyst mod erosion, er faktisk ikke hjemmehørende i Louisiana - ja, ikke helt.

Der er flere P. australis genotyper. P. australis underart, eller ssp., americanus er den oprindelige underart i USA og Canada. Phragmites australis ssp. australis opstod i Centraleuropa og blev efterfølgende introduceret til USA, hvor den nu anses for at være en af ​​de mest problematiske invasive arter i Nordamerika.

Det, der har forvirret miljøforskere, er den invasive ssp. australis har vist egenskaber ud over den oprindelige ssp. americanus i sin evne til at trives i vådområderne, især omkring de store søer, vokser ofte op til at blive meget højere og tættere, og til gengæld forstyrrer det indfødte økosystem.

I en nyligt offentliggjort undersøgelse i Molecular Ecology , og for nylig omtalt i en udgave af The Scientist, samarbejdede LSU-forskere med Tulane University og U.S. Geological Survey for at studere de genomiske baser af P. australis og for at undersøge, hvad der præcist får den invasive rørgræs-underart til at trives i vådområder, sammenlignet med dens indfødt modstykke. Prøver blev brugt fra steder placeret omkring Great Lakes-regionen til denne banebrydende genomiske undersøgelse, selvom planten kan findes i vækst i hele Nordamerika.

"Vi forsøger at forstå det genomiske grundlag for invasivitet i planter," sagde Dong-Ha Oh, forskningsassistent professor i Dassanayake Lab i LSU's Institut for Biologiske Videnskaber og hovedforfatter af papiret.

Dette projekt resulterede i den første genomreference for denne globalt anerkendte invasive plante, som kan bruges af planteforskere, der studerer udviklingen af ​​invasive egenskaber, såvel som forskere, der designer genetisk-baserede strategier til at håndtere invasive planter i bevaringsbiologi.

Undersøgelsen omfattede også en sammenligning af genekspressionsdata eller sammenlignende transkriptomik. Når det blev brugt sammen med det nyligt samlede genom, antydede det, at gener forbundet med patogen- og forsvarsresponser var stærkt udtrykt i den invasive underart kontinuerligt, mens lignende gener i de oprindelige underarter blev fundet ved meget lavere ekspressionsniveauer og kun blev induceret, når der var et patogen .

"Vi ser en indbygget forsvarsreaktion i de invasive planter, som er meget højere end i den oprindelige plante," sagde Maheshi Dassanayake, lektor i LSU Institut for Biologiske Videnskaber og en tilsvarende forfatter til papiret. "For eksempel, hvis vi giver begge disse planter et patogen og derefter tester, hvad der sker, ser vi den indfødte handle drastisk for at reagere på angrebet, mens den invasive bare er ligeglad, fordi den altid har sine skjolde oppe."

Chathura Wijesinghege, en kandidatstuderende i Dassanayake Lab, bidrog til dette arbejde ved at spore den evolutionære historie af Phragmites og nært beslægtede græsser. Dassanayake blev inviteret til at samarbejde om et eksisterende projekt mellem Tulane's Keith Clay og USGS's Kurt Kowalski, der finansierede et genomprojekt med et mål om at designe genetiske kontrolforanstaltninger, der kan differentiere indfødte underarter fra de invasive underarter uden at forårsage utilsigtet skade på naturlig fauna og flora .

"USGS anerkendte ledelsesbehovet og iværksatte analyse af den genetiske sammensætning af Phragmites som en del af den nye undersøgelse," sagde Kowalski. "Denne banebrydende forskning giver en køreplan for yderligere udvikling af artsspecifikke behandlinger til at kontrollere invasive Phragmites og giver indsigt i, hvordan det kan sammenlignes med andre græsser."

Dassanayake Lab analyserede den invasive plantes genom ved hjælp af LSU's High Performance Computing-tjenester og afslørede en unik historie om genom-dækkende duplikeringsbegivenheder, der sandsynligvis gav nyt genetisk materiale til divergensen af ​​de invasive og indfødte underarter. Efter at have identificeret referencegener i genomet, så gruppen på deres ekspression i den indfødte underart i sammenligning med den invasive.

"[Denne invasive rørunderart] ødelægger økosystemer, der er blevet tilpasset til de indfødte siv, og [USGS] ønsker at finde ud af en biologisk løsning, der undgår brugen af ​​generiske herbicider eller arbejdsintensiv-mekanisk fjernelse," sagde Oh. "Hvis vi bare forlader det, kan økosystemet måske om hundreder af år i sidste ende tilpasse sig denne invasive art, men vi kan sandsynligvis miste meget af den lokale biodiversitet i mellemtiden. Så plantebiologer og bevaringsbiologer kan arbejde sammen for at finde effektive og bæredygtige løsninger til at kontrollere dette problem, før der observeres irreversibel skade på vores indfødte samfund."