שלושה מאמרים שפורסמו ב-20 בדצמבר בכתב העת "סיינס" כוללים את התיאור המלא של הניתוחים הגנומיים שבוצעו על־ידי מדעני הפרויקט, כמו גם השלכות הגילוי למחקר על כלל האבולוציה של הצמחים הפורחים.
פיענוח חדש של רצף הגנום של צמח בשם אמבורלה עונה על מה שמכונה "התעלומה המתועבת" של דרווין - השאלה מדוע פרחים התרבו לפתע על כדור הארץ לפני מיליוני שנים.
רצף הגנום שופך אור חדש על אירוע חשוב בהיסטוריה של החיים על כדור הארץ: המקור של הצמחים הפורחים, ובהם כמובן גם יבולי המזון העיקריים. שלושה מאמרים שפורסמו ב-20 בדצמבר בכתב העת "סיינס" כוללים את התיאור המלא של הניתוחים הגנומיים שבוצעו על־ידי מדעני הפרויקט, כמו גם השלכות הגילוי למחקר על כלל האבולוציה של הצמחים הפורחים.
אמבורלה (trichopoda Amborella) הוא ייחודי משום שהוא השריד היחיד משושלת אבולוציונית עתיקה המובילה לאב הקדמון המשותף האחרון של כל הצמחים הפורחים. הצמח הוא עץ קטן המצוי רק באי המרכזי של קלדוניה החדשה בדרום האוקיינוס השקט. במאמץ לפענח את גנום האמבורלה שותפים מדענים מאוניברסיטת פן סטייט, אוניברסיטת באפלו, אוניברסיטת פלורידה, אוניברסיטת ג'ורג'יה, ואוניברסיטת קליפורניה בריברסייד. המחקר חושף עדויות לתהליכים אבולוציוניים שסללו את הדרך למגוון המדהים של יותר מ-300,000 מיני צמחים פורחים מהם אנו נהנים היום.
מורשת ייחודית זו מספקת לאמברולה תפקיד מיוחד במחקר של צמחים פורחים. "באותו אופן שרצף הגנום של הברווזן - ניצול של שושלת עתיקה - יכול לעזור לנו ללמוד על ההתפתחות של כל היונקים, רצף הגנום של Amborella יכול לסייע לנו ללמוד על האבולוציה של כל הצמחים הפורחים", אמר ויקטור אלברט מאוניברסיטת באפלו.
לדברי המדענים, רצף הגנום של האמבורלה מספק ראיות חותכות כי האב הקדמון של כל הצמחים הפורחים, כולל אמבורלה, התפתח בעקבות "אירוע הכפלת גנום" שהתרחש לפני כ-200 מיליוני שנים. כמה גנים משוכפלים אבדו במשך זמן, אבל אחרים קיבלו על עצמם תפקודים חדשים ובכלל זה סיוע לפיתוח של איברים שהפכו ברבות הימים לפרחים.
"הכפלת הגנום עשויה, אם כן, להציע הסבר למה שמכונה "התעלומה המתועבת של דארווין"- ההופעה הפתאומית, ככל הנראה, של מינים חדשים ושל צמחים פורחים ברשומות המאובנים מתקופת הקרטיקון," אמר קלוד דפאמפיליס מאוניברסיטת פן סטייט. "דורות של מדענים חקרו כדי למצוא פתרון לפאזל הזה", הוסיף.
ניתוחים השוואתיים של גנום האמבורלה כבר מספקים למדענים פרספקטיבה חדשה על המקורות הגנטיים של תכונות חשובות בכל הצמחים הפורחים ובהם כל מיני צמחי המזון העיקריים. "בגלל המיקום הפילוגנטי המרכזי של Amborella, הגנום מספק לנו התייחסות אבולוציונית ומאפשר לנו להבין טוב יותר את שינויי הגנום בצמחים פורחים אלה שהתפתחו מאוחר יותר, לרבות אבולוצית הגנום של צמחי היבול הרבים שלנו - ומכאן, הוא יסייע לשיפור היבול", הדגיש דאג סולטיס מאוניברסיטת פלורידה.
כדוגמא נוספת לחשיבותו של גנום האמבורלה, מציין ג'ושוע דר מפן סטייט: "אנו מעריכים כי לפחות 14,000 גנים המקודדים חלבונים קיימים באב הקדמון המשותף האחרון של כל הצמחים הפורחים. רבים מהגנים הללו ייחודיים לצמחים פורחים, ורבים מהם ממלאים תפקיד חשוב בייצור הפרחים, כמו גם מבנים אחרים ותהליכים אחרים ספציפיים לצמחים פורחים."
"מחקר זה מספק לראשונה תובנה באשר לשאלה כיצד הצמחים בעלי הפרחים שונים מבחינה גנטית מכל הצמחים האחרים על־פני כדור הארץ", אמר בראד ברבאזוק מאוניברסיטת פלורידה, "והוא מספק רמזים חדשים באשר לשאלה כיצד צמחי זרע שונים מבחינה גנטית מצמחים המתרבים ללא זרע?"
ג'ים ליבנס-מאק מאוניברסיטת ג'ורג'יה ציין כי רצף הגנום של האמבורלה מאפשר שיחזור של סדר הגנים בקבוצת core eudicots קבוצה ענקית שמהווה כ-75% מכל מכוסי הזרע. קבוצה זו כוללת עגבניות, תפוחים וקטניות, ועצים כגון עצי אלון וצפצפה. " כמו אאוטסיידר אבולוציוני לקבוצה מגוונת זו, הגנום של אמבורלה איפשר לחוקרים להעריך את הסדר הליניארי של הגנים בגנום של אבות הקבוצה הזו ולהבין מה היו השינויים הספציפיים בשושלת זו שהתרחשו במשך למעלה מ-120 מיליון שנות האבולוציה של ה-core eudicots.
במקביל, נראה ש-אמבורלה רכש כמה מאפיינים גנומיים יוצאי דופן שכן הוא נפרד משאר צמחי הפרחים בעץ האבולוציוני. לדוגמא, נראים רצפי DNA שיכולים לשנות מיקומים או להכפיל את עצמם בתוך הגנום (transposable elements) שהתייצבו בגנום אמבורלה. רוב הצמחים חושפים עדויות להתפרצויות האחרונות של פעילות ה-DNA הניידת הזו, "אבל אמבורלה הוא ייחודי בכך שהוא לא רכש רצפים ניידים חדשים בכמה מיליוני השנים האחרונות", אמרה סו וסלר מאוניברסיטת קליפורניה בריברסייד. "הוספה של כמה מרכיבים ניידים יכולה להשפיע על הביטוי והתפקוד של גנים המקודדים לחלבונים, כך שייתכן שהפסקת פעילות ה-DNA הנייד האטה את קצב אבולוציה הן של מבנה הגנום והן של תפקוד גן."
בנוסף לשירות של צמח האמבורלה במחקרים רטרוספקטיביים של האבולוציה של צמחים פורחים, המחקר גם יסייע לשימורו של הצמח עצמו, שנמצא בסכנת הכחדה וקיים רק במקבצים של 18 אוכלוסיות באיזורים ההרריים של קלדוניה החדשה.
ריצוף של צמחי אמבורלה בודדים יאפשר לזהות את המגוון הגנטי של המינים הללו בין האוכלוסיות, ובנוסף להשלכות השימור, התהליך גם יספק לנו דרך לעקוב אחר ההשתנות הגנטית של הצמחים, בדומה לשונות הגנטית שנוצרה כאשר בני האדם נדדו מאפריקה ויצרו את האוכלוסיות המודרניות באירואסיה.