O Delta do Rio Mississippi é o lar da maior faixa contígua do mundo de Phragmites australis, ou mais comumente conhecido como junco comum. Mas a planta que pode crescer até quase 6 metros de altura e tem sido um componente crítico na estabilização da costa do estado contra a erosão não é realmente nativa da Louisiana – bem, não inteiramente.
Existem vários genótipos de P. australis. Subespécie P. australis, ou ssp., americanus é a subespécie nativa nos EUA e Canadá. No entanto, Phragmites australis ssp. australis originou-se na Europa central e foi posteriormente introduzido nos EUA, onde agora é considerado uma das espécies invasoras mais problemáticas da América do Norte.

O que tem deixado os pesquisadores ambientais perplexos é a subespécie invasora. australis exibiu recursos além do ssp nativo. americanus em sua capacidade de prosperar nas zonas úmidas, especialmente ao redor dos Grandes Lagos, muitas vezes crescendo muito mais alto e mais denso e, por sua vez, perturbando o ecossistema nativo.

Em um estudo recém-publicado em Molecular Ecology , e recentemente apresentado em uma edição do The Scientist, os pesquisadores da LSU colaboraram com a Universidade de Tulane e o Serviço Geológico dos EUA para estudar as bases genômicas de P. australis e investigar o que exatamente faz a subespécie de grama de junco invasora prosperar em zonas úmidas, em comparação com sua contrapartida nativa. Amostras foram usadas em locais localizados ao redor da região dos Grandes Lagos para este estudo genômico pioneiro, embora a planta possa ser encontrada crescendo em toda a América do Norte.

"Estamos tentando entender a base genômica para a invasividade em plantas", disse Dong-Ha Oh, professor assistente de pesquisa no Laboratório Dassanayake no Departamento de Ciências Biológicas da LSU e principal autor do artigo.

Este projeto resultou na primeira referência do genoma para esta planta invasora reconhecida mundialmente que pode ser usada por cientistas de plantas que estudam a evolução de características invasoras, bem como cientistas que projetam estratégias baseadas em genética para gerenciar plantas invasoras em biologia da conservação.

O estudo também incluiu uma comparação de dados de expressão gênica, ou transcriptômica comparativa. Quando usado com o genoma recém-montado, sugeriu que genes associados a respostas patogênicas e de defesa foram altamente expressos na subespécie invasiva continuamente, enquanto genes semelhantes na subespécie nativa foram encontrados em níveis de expressão muito mais baixos e só foram induzidos quando havia um patógeno. .

“Estamos vendo uma resposta de defesa embutida nas plantas invasoras que é muito maior do que na planta nativa”, disse Maheshi Dassanayake, professor associado do Departamento de Ciências Biológicas da LSU e autor correspondente do artigo. “Por exemplo, se dermos a essas duas plantas um patógeno e depois testarmos o que acontece, veremos a nativa agindo drasticamente para responder ao ataque, enquanto a invasora simplesmente não se importa porque sempre tem seus escudos levantados”.

Chathura Wijesinghege, um estudante de pós-graduação no Laboratório Dassanayake contribuiu para este trabalho traçando a história evolutiva de Phragmites e gramíneas intimamente relacionadas. Dassanayake foi convidado a colaborar em um projeto existente entre Keith Clay da Tulane e Kurt Kowalski da USGS que financiou um projeto de genoma com o objetivo de projetar medidas de controle genético que possam diferenciar subespécies nativas de subespécies invasoras sem causar danos não intencionais à fauna e flora nativas .

"O USGS reconheceu a necessidade de gestão e iniciou a análise da composição genética de Phragmites como parte do novo estudo", disse Kowalski. "Esta pesquisa de ponta fornece um roteiro para o desenvolvimento de tratamentos específicos de espécies para controlar Phragmites invasores e oferece insights sobre como ela se compara a outras gramíneas".

O Dassanayake Lab analisou o genoma da planta invasora usando os serviços de computação de alto desempenho da LSU e revelou um histórico único de eventos de duplicação do genoma que provavelmente forneceram material genético novo para a divergência das subespécies invasoras e nativas. Após identificar genes de referência no genoma, o grupo analisou sua expressão na subespécie nativa em comparação com a invasora.

"[Esta subespécie de junco invasor] está destruindo ecossistemas que foram adaptados aos juncos nativos, e [o USGS] quer descobrir alguma solução biológica que evite o uso de herbicidas genéricos ou remoção mecânica intensiva de trabalho", disse Oh. "Se simplesmente deixarmos, talvez em centenas de anos o ecossistema possa eventualmente se adaptar a essa espécie invasora, mas provavelmente perderemos grande parte da biodiversidade local nesse meio tempo. Assim, biólogos de plantas e biólogos de conservação podem trabalhar juntos para encontrar soluções eficazes e soluções sustentáveis ​​para controlar este problema antes que danos irreversíveis sejam observados em nossas comunidades nativas."