Il delta del fiume Mississippi ospita l'area contigua più grande del mondo di Phragmites australis, o più comunemente conosciuta come la canna comune. Ma la pianta che può crescere fino a quasi 20 piedi di altezza ed è stata una componente fondamentale nella stabilizzazione della costa dello stato contro l'erosione non è in realtà originaria della Louisiana, beh, non del tutto.

Esistono più genotipi di P. australis. La sottospecie di P. australis, o ssp., americanus è la sottospecie nativa negli Stati Uniti e in Canada. Tuttavia, Phragmites australis ssp. australis è originario dell'Europa centrale ed è stato successivamente introdotto negli Stati Uniti dove ora è considerato una delle specie invasive più problematiche del Nord America.

Ciò che ha lasciato perplessi i ricercatori ambientali è l'invasivo ssp. australis ha mostrato capacità oltre a quella della ssp nativa. americanus nella sua capacità di prosperare nelle zone umide, specialmente intorno ai Grandi Laghi, spesso crescendo fino a diventare molto più alto e denso e, a sua volta, disturbando l'ecosistema nativo.

In uno studio appena pubblicato su Ecologia molecolare , e recentemente apparso in un'edizione di The Scientist, i ricercatori della LSU hanno collaborato con la Tulane University e l'US Geological Survey per studiare le basi genomiche di P. australis e per indagare su cosa esattamente fa prosperare la sottospecie di erba di canna invasiva nelle zone umide, rispetto alla sua controparte nativa. Per questo studio genomico pionieristico sono stati utilizzati campioni da siti situati nella regione dei Grandi Laghi, sebbene la pianta possa essere trovata in crescita in tutto il Nord America.

"Stiamo cercando di comprendere le basi genomiche dell'invasività nelle piante", ha affermato Dong-Ha Oh, assistente professore di ricerca presso il Dassanayake Lab presso il Dipartimento di scienze biologiche della LSU e autore principale dell'articolo.

Questo progetto ha prodotto il primo riferimento del genoma per questa pianta invasiva riconosciuta a livello mondiale che può essere utilizzato da scienziati delle piante che studiano l'evoluzione dei tratti invasivi e da scienziati che progettano strategie su base genetica per gestire le piante invasive nella biologia della conservazione.

Lo studio includeva anche un confronto dei dati sull'espressione genica o la trascrittomica comparativa. Quando è stato utilizzato con il genoma appena assemblato, ha suggerito che i geni associati alle risposte del patogeno e della difesa fossero altamente espressi continuamente nella sottospecie invasiva, mentre geni simili nella sottospecie nativa sono stati trovati a livelli di espressione molto più bassi e sono stati indotti solo quando c'era un patogeno .

"Stiamo assistendo a una risposta di difesa integrata nelle piante invasive che è molto più elevata rispetto alla pianta nativa", ha affermato Maheshi Dassanayake, professore associato presso il Dipartimento di scienze biologiche della LSU e corrispondente autore dell'articolo. "Ad esempio, se diamo a entrambe queste piante un agente patogeno e poi testiamo cosa succede, vediamo quella nativa agire drasticamente per rispondere all'attacco, mentre quella invasiva semplicemente non si preoccupa perché ha sempre i suoi scudi".

Chathura Wijesinghege, una studentessa laureata del Dassanayake Lab, ha contribuito a questo lavoro tracciando la storia evolutiva dei Phragmites e delle erbe strettamente correlate. Dassanayake è stato invitato a collaborare a un progetto esistente tra Keith Clay di Tulane e Kurt Kowalski di USGS che ha finanziato un progetto sul genoma con l'obiettivo di progettare misure di controllo genetico in grado di differenziare le sottospecie autoctone dalle sottospecie invasive senza causare danni involontari alla fauna e alla flora autoctone .

"L'USGS ha riconosciuto la necessità di gestione e ha avviato l'analisi della composizione genetica di Phragmites come parte del nuovo studio", ha affermato Kowalski. "Questa ricerca all'avanguardia fornisce una tabella di marcia per l'ulteriore sviluppo di trattamenti specifici per specie per controllare le Phragmites invasive e offre approfondimenti su come si confronta con altre erbe".

Il Dassanayake Lab ha analizzato il genoma della pianta invasiva utilizzando i servizi di calcolo ad alte prestazioni di LSU e ha rivelato una storia unica di eventi di duplicazione dell'intero genoma che probabilmente hanno fornito nuovo materiale genetico per la divergenza delle sottospecie invasive e native. Dopo aver identificato i geni di riferimento nel genoma, il gruppo ha esaminato la loro espressione nella sottospecie nativa rispetto a quella invasiva.

"[Questa sottospecie di canne invasive] sta distruggendo gli ecosistemi che sono stati adattati alle canne autoctone e [l'USGS] vuole trovare una soluzione biologica che eviti l'uso di erbicidi generici o la rimozione meccanica ad alta intensità di manodopera", ha detto Oh. "Se lo lasciamo, forse tra centinaia di anni l'ecosistema potrebbe eventualmente adattarsi a questa specie invasiva, ma nel frattempo potremmo probabilmente perdere gran parte della biodiversità locale. Quindi, biologi vegetali e biologi della conservazione possono lavorare insieme per trovare soluzioni efficaci e soluzioni sostenibili per controllare questo problema prima che si osservi un danno irreversibile alle nostre comunità native".