Mississippifloddeltat är hem för världens största sammanhängande sträcka av Phragmites australis, eller mer känd som den vanliga vassen. Men växten som kan växa till nästan 20 fot hög och har varit en kritisk komponent för att stabilisera statens kust mot erosion är faktiskt inte hemma i Louisiana - ja, inte helt.

Det finns flera P. australis-genotyper. P. australis underart, eller ssp., americanus är den inhemska underarten i USA och Kanada. Phragmites australis ssp. australis har sitt ursprung i centrala Europa och introducerades därefter till USA där den nu anses vara en av de mest problematiska invasiva arterna i Nordamerika.

Det som har förbryllat miljöforskare är den invasiva ssp. australis har visat möjligheter utöver det för den inhemska ssp. americanus i sin förmåga att frodas i våtmarkerna, särskilt runt de stora sjöarna, växer ofta upp till att bli mycket högre och tätare, och i sin tur stör det inhemska ekosystemet.

I en nyligen publicerad studie i Molecular Ecology , och nyligen med i en utgåva av The Scientist, samarbetade LSU-forskare med Tulane University och U.S. Geological Survey för att studera de genomiska baserna av P. australis och för att undersöka exakt vad som får den invasiva rörgräsunderarten att frodas i våtmarker, i jämförelse med dess inhemsk motsvarighet. Prover användes från platser belägna runt Great Lakes-regionen för denna banbrytande genomiska studie, även om växten kan hittas växande i hela Nordamerika.

"Vi försöker förstå den genomiska grunden för invasivitet i växter", säger Dong-Ha Oh, forskningsassistent vid Dassanayake Lab vid LSU:s institution för biologiska vetenskaper och huvudförfattare till artikeln.

Detta projekt resulterade i den första genomreferensen för denna globalt erkända invasiva växt som kan användas av växtforskare som studerar utvecklingen av invasiva egenskaper såväl som forskare som utformar genetiskt baserade strategier för att hantera invasiva växter inom bevarandebiologi.

Studien inkluderade också en jämförelse av genuttrycksdata, eller jämförande transkriptomik. När det användes med det nyligen sammansatta genomet, antydde det att gener associerade med patogen- och försvarssvar var starkt uttryckta i den invasiva underarten kontinuerligt, medan liknande gener i den inhemska underarten hittades vid mycket lägre uttrycksnivåer och endast inducerades när det fanns en patogen .

"Vi ser en inbyggd försvarsreaktion i de invasiva växterna som är mycket högre än i den inhemska växten", säger Maheshi Dassanayake, docent vid LSU Institutionen för biologiska vetenskaper och motsvarande författare till tidningen. "Till exempel, om vi ger båda dessa växter en patogen och sedan testar vad som händer, ser vi den infödda agera drastiskt för att svara på attacken, medan den invasiva bara inte bryr sig eftersom den alltid har sina sköldar uppe."

Chathura Wijesinghege, en doktorand i Dassanayake Lab bidrog till detta arbete genom att spåra den evolutionära historien om Phragmites och närbesläktade gräs. Dassanayake blev inbjuden att samarbeta i ett befintligt projekt mellan Tulanes Keith Clay och USGS:s Kurt Kowalski som finansierade ett genomprojekt med målet att utforma genetiska kontrollåtgärder som kan skilja inhemska underarter från de invasiva underarterna utan att orsaka oavsiktlig skada på inhemsk fauna och flora .

"USGS erkände förvaltningsbehovet och initierade analys av den genetiska sammansättningen av Phragmites som en del av den nya studien", säger Kowalski. "Denna banbrytande forskning ger en färdplan för vidareutveckling av artspecifika behandlingar för att kontrollera invasiva Phragmites och ger insikter i hur det kan jämföras med andra gräs."

Dassanayake Lab analyserade den invasiva växtens genom med hjälp av LSU:s High Performance Computing-tjänster och avslöjade en unik historia av genomomfattande dupliceringshändelser som sannolikt gav nytt genetiskt material för divergensen mellan de invasiva och inhemska underarterna. Efter att ha identifierat referensgener i genomet tittade gruppen på deras uttryck i den inhemska underarten i jämförelse med den invasiva.

"[Denna invasiva vassunderart] förstör ekosystem som har anpassats till den inhemska vassen, och [USGS] vill ta reda på någon biologisk lösning som undviker användningen av generiska ogräsmedel eller arbetsintensivt-mekaniskt avlägsnande," sa Oh. "Om vi ​​bara lämnar det, kanske om hundratals år kan ekosystemet så småningom anpassa sig till denna invasiva art, men vi kan sannolikt förlora mycket av den lokala biologiska mångfalden under tiden. Så, växtbiologer och naturvårdsbiologer kan arbeta tillsammans för att hitta effektiva och hållbara lösningar för att kontrollera detta problem innan irreversibel skada observeras på våra inhemska samhällen."