a Tmesipteris oblanceolata Fern stanovuje nový rekord pre najväčší genóm, ktorý ovplyvňuje rast rastlín a poznatky o adaptácii.

• Novokaledónska papraď Klasifikovať Získal 3 tituly Guinessovej knihy rekordov; Najväčší rastlinný genóm, najväčší genóm paprade a najväčší kvantitatívny genóm paprade DNA V jadre
• pretiahol, Tmesipteris oblanceolata Genóm je vyšší ako Big Ben v Londýne
• Objav vyvoláva nové otázky o tom, koľko DNA môže byť uložených v bunkách
• Štúdia pomôže vedcom pochopiť, ako veľkosť genómu ovplyvňuje druhy vzhľadom na stratu biodiverzity a zmenu klímy

Genóm láme rekordy

Bol objavený nový rekord pre najväčšie množstvo DNA uloženej v jadre akéhokoľvek živého organizmu na planéte. Podrobnosti boli prezentované v novej štúdii publikovanej v časopise iScience 31. mája výskumníkmi z Kráľovskej botanickej záhrady v Kew a botanického inštitútu v Barcelone (IBB-CSIC) v Španielsku.

Zistilo sa, že novokaledónsky ostnatý druh papraď Tmesipteris oblanceolata, ktorý obsahuje viac ako 100 metrov nezostavenej DNA, obsahuje 50-krát viac DNA ako ľudia, a zosadil z trónu japonský druh kvitnúcej rastliny Paris japonica, ktorý si zachoval Tento rekord sa drží od r. 2010. Okrem toho rastlina dosiahla tri tituly Guinnessovej knihy rekordov za najväčší rastlinný genóm, najväčší genóm a najväčší genóm paprade za množstvo DNA v jadre.

Tmesipteris oblanceolata má najväčší genóm, ktorý ponúka nové pohľady na evolúciu rastlín a výzvy, ktorým čelí, odhalila štúdia. Kredit: Q

Prirodzené biotopy papraďorastov a metodika štúdia

T. oblanceolata Ide o vzácny druh paprade, ktorý sa nachádza na ostrove Nová Kaledónia, francúzskom zámorskom území ležiacom v juhozápadnom Tichom oceáne, asi 750 míľ východne od Austrálie a na niektorých susedných ostrovoch, ako je Vanuatu. Rod Tmesipteris je nedostatočne študovaná skupina rastlín pozostávajúca z približne 15 druhov, z ktorých väčšina sa nachádza na rôznych tichomorských ostrovoch a v Oceánii.

Doteraz vedci odhadovali veľkosť genómu iba dvoch druhov Tmesipteris – T. tanensis A T. šikmé – U oboch sa zistilo, že majú gigantické genómy, 73,19 a 147,29 gigabázových párov.

V roku 2023 vedúci autori, Dr Jaume Pellicer a Dr Orianne Hidalgo, z IBB a predtým z RBG Kew, cestovali do Novej Kaledónie, aby zhromaždili vzorky Tmesipteris, ktoré sa potom analyzovali, aby sa odhadla veľkosť ich genómov. To zahŕňalo izoláciu jadier tisícok buniek, ich farbenie farbivom a následné meranie množstva farbiva, ktoré sa naviazalo na DNA v každom jadre, čím vyšší je počet farbiva, tým väčší je genóm.

Vedúce výsledky a porovnania

Analýza odhalila typ T. oblanceolata Pre štandardnú veľkosť genómu 160,45 Gb, čo je asi o sedem percent viac ako veľkosť genómu P. japonica (148,89 GB).

Po odkrytí bude DNA z každej bunky tejto papradie vyššia ako Elizabeth Tower vo Westminsteri v Londýne, ktorá je vysoká 96 metrov a je domovom svetoznámeho zvonu Big Ben. Pre porovnanie, ľudský genóm obsahuje asi 3,1 gigabajtu rozložených na 23 chromozómoch a keď je natiahnutý ako klbko, DNA v každej bunke je dlhá len asi 2 metre.

Účinky veľkosti genómu na biológiu rastlín

„Tmesipteris je jedinečný a fascinujúci malý rod papraďorastov, ktorého predkovia sa vyvinuli asi pred 350 miliónmi rokov – dávno predtým, ako dinosaury vkročili na Zem – a majú v podstate epifytickú povahu,“ hovorí Dr Pellicer, evolučný biológ. [it grows mainly on the trunks and branches of trees] Obmedzená distribúcia v Oceánii a na niekoľkých tichomorských ostrovoch. Dlho sme si mysleli, že prekonať predchádzajúci veľkostný rekord Paris japonica bude nemožná úloha, ale opäť raz prekročili limity biológie naše najoptimistickejšie očakávania.

„Na základe nášho predchádzajúceho výskumu sme očakávali existenciu obrovských genómov v Tmesipteris. Objav najväčšieho genómu vôbec nie je len úspechom vedeckého bádania, ale výsledkom takmer štrnásťročnej cesty do nekonečnej zložitosti a rozmanitosti rastlinných genómov“.

K dnešnému dňu vedci z celého sveta odhadli veľkosť genómu viac ako 20 000 eukaryotických organizmov, pričom v tomto procese odhalili širokú škálu veľkostí genómu v strome života. Zistilo sa, že tieto majú hlboký vplyv nielen na ich anatómiu, pretože väčšie genómy potrebujú väčšie bunky na ich umiestnenie a ich reprodukcia trvá dlhšie, ale aj na to, ako fungujú a vyvíjajú sa a kde a ako žijú.

U zvierat patrí medzi najväčšie genómy plúcnik mramorovaný (Protopterus aethiopicus) pri 129,90 GB a River Neuse Waterdog (Necturus lewisi) pri 117,47 GB. V ostrom kontraste je šesť najväčších známych eukaryotických genómov držaných rastlinami, vrátane 100,84 Gb európskeho imela (Viscus album).

Prekvapivo, mať väčší genóm zvyčajne nie je výhodou. V prípade rastlín sú druhy s veľkým množstvom DNA obmedzené na pomaly rastúce trvalky a sú menej účinné pri produkcii DNA. Fotosyntéza (proces, ktorým rastliny premieňajú slnečnú energiu na cukry) a vyžadujú viac živín (najmä dusík a fosfát), aby mohli rásť a úspešne konkurovať susedom s menšími genómami. Tieto účinky môžu zase ovplyvniť schopnosť rastliny prispôsobiť sa klimatickým zmenám a riziku vyhynutia.

Úvahy o diverzite genómu a budúcom výskume

„Kto by si myslel, že táto nenáročná malá rastlina, ktorú väčšina ľudí pravdepodobne prejde bez varovania, môže byť držiteľom svetového rekordu vo veľkosti genómu,“ hovorí Dr Elijah Leach, vedúci výskumník na oddelení evolúcie osobnosti v RBG Kew. rastliny sú pri pohľade na úrovni DNA neuveriteľne rozmanité, a to by nám malo dať pauzu, aby sme sa zamysleli nad ich vnútornou hodnotou v širšom obraze globálnej biodiverzity. Tento objav tiež vyvoláva mnoho nových a vzrušujúcich otázok o horných hraniciach toho, čo je, dúfame , biologicky možné Vyriešiť tieto záhady jedného dňa.

„Presvedčenie, že táto benígne vyzerajúca papraď obsahuje 50-krát viac DNA ako ľudia, je pokornou pripomienkou toho, že o rastlinnej ríši ešte stále veľa nevieme a že držitelia rekordov nie sú vždy „najúžasnejší navonok“.

Odkaz: „160 Gb genóm pichľavej paprade prekonal rekord vo veľkosti eukaryot“ od Paula Fernandeza, Remyho Amesa, Davida Broya, Martina J. M. Christenhuisa a Elijaha J. Leach a Andrew L. Leach, Lisa Pokorny, Oriani Hidalgo a Jaume Pellicer, 31. mája 2024, iScience.
doi: 10.1016/j.isci.2024.109889

Štúdiu, ktorá určila veľkosť genómu Tmesipteris oblanceolata, vykonal medzinárodný tím výskumníkov z Kráľovských botanických záhrad v Kew, Queen Mary University of London, New Caledonian Herbarium a Spanish Research Council (CSIC).