Tiny Fern obsahuje největší genom ze všech organismů na Zemi

a Tmesipteris oblanceolata Fern nastavuje nový rekord pro největší genom, který ovlivňuje růst rostlin a poznatky o adaptaci.

• Novokaledonská kapradina Klasifikovat Získal 3 tituly Guinessovy knihy rekordů; Největší rostlinný genom, největší genom kapradin a největší kvantitativní genom kapradin DNA V jádře
• natažené, Tmesipteris oblanceolata Genom je vyšší než Big Ben v Londýně
• Objev vyvolává nové otázky o tom, kolik DNA může být uloženo v buňkách
• Studie pomůže vědcům pochopit, jak velikost genomu ovlivňuje druhy tváří v tvář ztrátě biologické rozmanitosti a změně klimatu

Genom láme rekordy

Byl objeven nový rekord pro největší množství DNA uložené v jádře jakéhokoli živého organismu na planetě. Podrobnosti byly uvedeny v nové studii publikované v časopise iScience 31. května vědci z Královské botanické zahrady v Kew a Botanického institutu v Barceloně (IBB-CSIC) ve Španělsku.

Bylo zjištěno, že novokaledonský druh kapradiny ostnité Tmesipteris oblanceolata, který obsahuje více než 100 metrů nesložené DNA, obsahuje 50krát více DNA než člověk, a sesadil z trůnu japonský druh kvetoucích rostlin Paris japonica, který si udržel Tento rekord je držen od r. 2010. Kromě toho rostlina dosáhla tří titulů Guinessovy knihy rekordů za největší rostlinný genom, největší genom a největší genom kapradiny za množství DNA v jádře.

Přírodní stanoviště kapradin a metodika studia

T. oblanceolata Je to vzácný druh kapradiny nalezený na ostrově Nová Kaledonie, francouzském zámořském území nacházejícím se v jihozápadním Tichém oceánu, asi 750 mil východně od Austrálie a na některých sousedních ostrovech, jako je Vanuatu. Rod Tmesipteris je špatně prozkoumaná skupina rostlin skládající se z asi 15 druhů, z nichž většina se nachází na řadě tichomořských ostrovů a Oceánie.

Až dosud vědci odhadovali velikost genomu pouze dvou druhů Tmesipteris – T. tanensis A T. šikmý – U obou bylo zjištěno, že mají gigantické genomy, 73,19 a 147,29 párů gigabází, v daném pořadí.

V roce 2023 vedoucí autoři, Dr Jaume Pellicer a Dr. Orianne Hidalgo, z IBB a dříve z RBG Kew, cestovali do Nové Kaledonie, aby shromáždili vzorky Tmesipteris, které byly poté analyzovány, aby se odhadla velikost jejich genomů. To zahrnovalo izolaci jader tisíců buněk, jejich obarvení barvivem a následné měření množství barviva, které se navázalo na DNA v každém jádře. Čím vyšší je počet barviv, tím větší je genom.

Přední výsledky a srovnání

Analýza odhalila typ T. oblanceolata Pro standardní velikost genomu 160,45 Gb, což je asi o sedm procent větší než velikost genomu P. japonica (148,89 GB).

Po odkrytí bude DNA z každé buňky této kapradiny vyšší než Elizabeth Tower ve Westminsteru v Londýně, která je vysoká 96 metrů a je domovem světoznámého zvonu Big Ben. Pro srovnání, lidský genom obsahuje asi 3,1 gigabajtu rozložených na 23 chromozomech, a když je natažený jako klubko provázku, je DNA v každé buňce dlouhá jen asi 2 metry.

Vliv velikosti genomu na biologii rostlin

„Tmesipteris je jedinečný a fascinující malý rod kapradin, jehož předci se vyvinuli asi před 350 miliony let – dlouho předtím, než na Zemi vstoupili dinosauři – a jsou v podstatě epifytické povahy,“ říká Dr Pellicer, evoluční biolog. [it grows mainly on the trunks and branches of trees] Omezené rozšíření v Oceánii a na několika tichomořských ostrovech. Dlouho jsme si mysleli, že překonat předchozí velikostní rekord Paris japonica bude nesplnitelný úkol, ale opět limity biologie překonaly naše nejoptimističtější očekávání.

„Na základě našeho předchozího výzkumu jsme očekávali existenci obřích genomů v Tmesipteris. Objev dosud největšího genomu však není jen úspěchem vědeckého zkoumání, ale výsledkem téměř čtrnáctileté cesty do nekonečné složitosti a rozmanitosti rostlinných genomů.“

K dnešnímu dni vědci z celého světa odhadli velikosti genomu více než 20 000 eukaryotických organismů, přičemž v tomto procesu odhalili širokou škálu velikostí genomů napříč stromem života. Bylo zjištěno, že ty mají hluboký dopad nejen na jejich anatomii, protože větší genomy potřebují větší buňky, aby je usadily a jejich reprodukce trvá déle, ale také na to, jak fungují a vyvíjejí se a kde a jak žijí.

U zvířat patří mezi největší genomy plucňák mramorovaný (Protopterus aethiopicus) na 129,90 GB a River Neuse Waterdog (Necturus lewisi) na 117,47 GB. V ostrém kontrastu je šest největších známých eukaryotických genomů drženo rostlinami, včetně 100,84 Gb evropského jmelí (Viscus album).

Mít větší genom není kupodivu většinou výhodou. V případě rostlin jsou druhy s velkým množstvím DNA omezeny na pomalu rostoucí trvalky a jsou méně účinné při produkci DNA. Fotosyntéza (proces, kterým rostliny přeměňují sluneční energii na cukry) a vyžadují více živin (zejména dusíku a fosfátu), aby rostly a úspěšně soutěžily se sousedy s menšími genomy. Tyto účinky mohou zase ovlivnit schopnost rostliny přizpůsobit se změně klimatu a jejímu riziku vyhynutí.

Úvahy o diverzitě genomu a budoucím výzkumu

„Kdo by si pomyslel, že tato nenáročná rostlinka, kterou většina lidí pravděpodobně projde bez varování, může být držitelem světového rekordu ve velikosti genomu,“ říká Dr. rostliny jsou neuvěřitelně rozmanité, když se na ně díváme na úrovni DNA, a to by nám mělo dát pauzu, abychom se zamysleli nad jejich vnitřní hodnotou v širším pohledu na globální biodiverzitu. Tento objev také vyvolává mnoho nových a vzrušujících otázek o horní hranici toho, co je, jak doufáme , biologicky možné K vyřešení těchto záhad jednoho dne.

„Přesvědčení, že tato vlídně vyhlížející kapradina obsahuje 50krát více DNA než lidé, je pokornou připomínkou toho, že o rostlinné říši stále ještě mnoho nevíme a že držitelé rekordů nejsou vždy „navenek nejkřiklavější“.

Odkaz: „Genom 160 Gb pichlavé kapradiny trhá rekord ve velikosti eukaryot“ od Paula Fernandeze, Remyho Amese, Davida Broye, Martina J. M. Christenhuise a Elijaha J. Leach a Andrew L. Leach, Lisa Pokorny, Oriani Hidalgo a Jaume Pellicer, 31. května 2024, iScience.
doi: 10.1016/j.isci.2024.109889

Studii, která určila velikost genomu Tmesipteris oblanceolata, provedl mezinárodní tým výzkumníků z Royal Botanic Gardens v Kew, Queen Mary University of London, New Caledonian Herbarium a Spanish Research Council (CSIC).