Tra nebbia fredda e roccia lavica nera, il botanico Vicki Funk ritaglia uno stelo di una pianta hawaiana a fiore giallo chiamata 'ilima ( Sida fallax ). "Quando la lava esce nell'oceano, questo è ciò che colonizza nuove isole", spiega.
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Funk, un ricercatore del Museo Nazionale di Storia Naturale Smithsonian, però, è molto lontano dalle Hawaii. Invece, è in una stanza del conservatorio con pareti in vetro del giardino botanico americano a Washington, DC. Dopo aver sbattuto rapidamente lo stelo su un foglio di carta sottile, Funk lo aggiunge al suo archivio di piante pressate simili a una fisarmonica. Ognuno è conservato tra carta e cartone, prenotato da doghe in legno e legato con cinturini arancioni brillanti. Nel frattempo, i tirocinanti delle superiori e dei college nel suo laboratorio hanno prelevato un campione di tessuto dalla stessa pianta e lo hanno infilato rapidamente in una provetta che viene immagazzinata in un calderone gorgogliante di azoto liquido. Per 'ilima, la velocità è essenziale. "Il DNA inizia a degradarsi quasi immediatamente", spiega Funk.
Mercoledì, Funk e la sua squadra si sono mossi per il giardino prendendo campioni anche da altre piante, tra cui un albero di cacao, un aloe di fiocco di neve e una pianta di formica. Il suo lavoro fa parte della Global Genome Initiative (GGI) di Smithsonian, che ha dato il via a un enorme progetto di giardini estivi questa settimana.
Sida fallax o 'ilima vive in un habitat di roccia vulcanica presso il conservatorio del giardino botanico americano, lontano dalla sua casa natale alle Hawaii. (Hilary-Morgan Watt, Smithsonian Institution) GGI è stato lanciato due anni fa e il suo obiettivo è preservare metà della biodiversità mondiale nei depositi di tutto il mondo. Per raggiungere questo obiettivo, i ricercatori hanno campionato e catalogato piante, animali e insetti in spedizioni sul campo in tutto il mondo. "Pensalo come una biologia di conservazione del 21 ° secolo", afferma Jon Coddington, entomologo del museo che supervisiona il progetto.
Per le piante, ciò significa fondere la vecchia scuola con le nuove tecniche di raccolta scolastica. I botanici hanno usato a lungo le presse per piante in legno per documentare foglie, fiori e persino radici in un campione di erbario tradizionale. Ora, sospendendo i campioni di tessuto in gel di silice e congelandoli in azoto liquido, possono comprendere meglio i segreti genetici della pianta. I campioni pressati verranno essiccati per eliminare eventuali bug vaganti, mentre i campioni di tessuto verranno conservati in gigantesche camere criogeniche presso il Centro di supporto del Museo dell'Istituto a Suitland, nel Maryland.
I campioni di erbari pressati possono solo dirci così tanto sulle piante perché il loro DNA si degrada nel tempo. Preservare la genetica di una pianta apre una serie di possibilità di ricerca, ma "l'accesso al materiale di qualità del genoma è il passo più limitante nella genomica delle piante", afferma Coddington. Il modo migliore per preservare il DNA è congelarlo in azoto liquido e conservarlo in strutture come il deposito criogenico dell'Istituto, uno dei più grandi nel suo genere.
I campioni di tessuto provenienti dalle piante del progetto GGI Gardens saranno conservati in enormi serbatoi criogenici riempiti di azoto liquido. Questi congelatori sotto zero possono contenere fino a 4 milioni di campioni. (Donald E. Hurlbert, Smithsonian) I ricercatori sanno molto sulle piante utili all'uomo, ma ci sono enormi lacune nell'albero genealogico delle piante. Il sequenziamento di una pletora di genomi vegetali può colmare queste lacune. Fortunatamente, la tecnologia da fare è diventata molto più economica e veloce nell'ultimo decennio. "Ci sono voluti dieci anni per sequenziare il genoma umano. Ora potresti farlo in circa un'ora ”, afferma John Kress, botanico del museo e sottosegretario alla Scienza di Smithsonian.
Al momento i ricercatori hanno campioni genomici di circa il tre percento dei generi vegetali in tutto il mondo. Nel corso dell'estate, le squadre sul campo - semplicemente raccogliendo in giardini e parchi nella zona di Washington, DC - si adopereranno per assaggiare metà delle famiglie di piante del mondo. Successivamente, prenderanno il progetto sulla strada per altri giardini botanici. Nei prossimi due anni, gli scienziati sperano di raccogliere campioni da metà dei generi vegetali che abitano la Terra. "Dal 3 al 50 percento, questa è una differenza enorme", afferma Coddington.
Il sequenziamento di così tante piante richiederebbe un po 'di tempo, però. Per ora, GGI vuole solo ottenere i campioni sul ghiaccio. Per una facile identificazione, creeranno un codice a barre del DNA per ciascun campione sequenziando due geni che variano da una pianta all'altra. I campioni saranno conservati in un database online e disponibili per gli appassionati di piante e ricercatori di tutto il mondo. Per ora, questa biblioteca può aiutare a identificare le piante in tutto il mondo e, in fondo, gli scienziati possono usarla per sequenziare e studiare interi genomi vegetali.
Un giardino botanico potrebbe sembrare un campo insolito. In genere, si immaginano i botanici che attraversano giungle e si arrampicano sulle vette delle montagne per raccogliere piante rare e da scoprire. Morgan Gostel, studente universitario di funk e botanica, ha raggiunto le alte quote delle Ande per raccogliere esemplari di piante, accampandosi talvolta a temperature sotto lo zero e trasportando serbatoi di azoto liquido sulle montagne. Questa spedizione sul campo li rende molto più vicini a casa, con un clima decisamente migliore e molte opzioni per il pranzo con camion di cibo alla moda. Tuttavia, "il lavoro sporco di realizzare la collezione non è davvero diverso da quello che faresti sul campo", osserva Gostel.
Sarah Gabler preleva un campione di tessuto da una genziana rosa plymouth ( Sabatia kennedyuana Fernald ). Le provette vengono avvolte in un foglio e lasciate cadere in un serbatoio di azoto liquido portatile. (US Botanic Garden) 
Kristen Van Neste e Vicki Funk premono un esemplare di genziana rosa plymouth a fiori rosa. Le piante sono state selezionate per la fioritura stagionale basata sul campionamento. (US Botanic Garden) 
Funk e il suo team danno la caccia alle piante per provare l'USBG. (Helen Thompson) 
Vicky Funk taglia un campione di aloe fiocco di neve raro ( Aloe rauhii ), originario del Madagascar. (Hilary-Morgan Watt, Smithsonian Institution) 
Un campione di aloe fiocco di neve attende di essere appiattito nella pressa per piante Funk. Durante la creazione di una pressatura, i ricercatori cercano di includere quante più parti della pianta che possono dai fiori alle radici. (Helen Thompson) 
Sarah Gabler e Vicki Funk rilasciano una provetta contenente un campione di tessuto proveniente da una pianta di formica ( Hydnophytum formicarum ) nel loro serbatoio di azoto liquido. Piccole formiche abitano gli steli di questa pianta. (US Botanic Garden) 
Il curatore di piante Bill McLaughlin del US Botanic Garden sostiene un seedpod da un albero di cacao ( Theobroma cacao ), una delle numerose piante campionate alla manifestazione di mercoledì. Alcuni genomi vegetali utili all'agricoltura umana, come il cacao, sono già stati sequenziati. (James Di Loreto, Smithsonian Institution) 
Stagisti (da sinistra a destra) Sarah Gabler, Asia Hill e Kristen Van Neste guardano mentre Vicki Funk (all'estrema destra) stringe la pressa della sua pianta per conservare un campione di una pianta di palude chiamata plymouth rose genziana ( Sabatia kennedyuana Fernald ) presso il giardino botanico americano l'8 luglio 2015. Il team ha anche preso appunti e immagini per farne un altro con i campioni pressati e congelati che hanno raccolto. (James Di Loreto, Smithsonian Institution) 
Sarah Gabler, Kristen Van Neste, Vicki Funk, Asia Hill e Morgan Gostel fanno una pausa dalle piante campionarie per posare per una foto di gruppo fuori dal giardino d'inverno del giardino botanico americano. (James Di Loreto, Smithsonian Institution) Quindi, perché la sede non ortodossa? Come musei vegetali viventi, i giardini sono il luogo ideale per colmare queste lacune con campioni ben documentati preparati per il sequenziamento genomico. "I giardini botanici hanno raccolto collezioni come questa, in alcuni casi, per centinaia di anni, risalendo persino al Rinascimento", afferma Ari Novy, direttore del giardino. I giardini fungono anche da organizzazioni ombrello per i gruppi coinvolti nella scoperta di specie. Alcuni ospitano anche banche di semi e sono specializzati in tipi specifici di piante.
I ricercatori possono imparare ogni sorta di cose dai campioni di semi e tessuti, dall'identificazione di specie invasive alla risposta a grandi domande sull'evoluzione delle piante. "È senza limiti", osserva Félix Forest, biologa evoluzionista delle piante presso i Kew Royal Botanical Gardens nel Regno Unito. Kew sta lavorando a un progetto simile per preservare campioni genetici del 25 percento delle specie di piante selvatiche entro il 2020.
GGI e Kew fanno parte di un movimento più ampio per preservare la diversità vegetale nei biorepository, come la struttura criogenica dello Smithsonian e la volta di semi antartica delle Svalbard. Hanno collaborato con organizzazioni simili per formare la Global Genome Biodiversity Network (GGBN).
Che fretta c'è? "Idealmente, vorresti conservare un esemplare vivo, ma sta diventando meno fattibile", afferma Coddington. Il mese scorso, i ricercatori hanno suggerito che la Terra è già nel mezzo del suo sesto evento di estinzione di massa. Con la distruzione dell'habitat e una serie di minacce legate al cambiamento climatico all'orizzonte, gli scienziati vogliono preservare alcuni campioni mentre possono ancora. "C'è una certa urgenza in questo", aggiunge Kress.
Preservare questi genomi ora può aiutarci a imparare da loro in futuro. Forest concorda: "Se la diversità genetica viene preservata in qualche modo, possiamo tornare ad essa in 20 anni". Oltre a imparare dal DNA delle piante, i ricercatori potrebbero persino resuscitare piante estinte. L'idea di riportare indietro una specie dalla morte nasce naturalmente con polemiche, ma non anticipiamo noi stessi. Forest avverte: “Questo non è Jurassic Park — ancora. Ma la tecnologia si sta muovendo così velocemente che chissà cosa potremmo fare con un tubo di DNA tra 20 anni. "
