Roślina o największym genomie spośród wszystkich organizmów na Ziemi

Mała, niepozorna paproć, która rośnie tylko na kilku odległych wyspach Pacyfiku, posiada największy genom spośród wszystkich organizmów na Ziemi, ustalili naukowcy.

Ludzki genom składa się z około trzech miliardów par zasad. Ale to nic w porównaniu z Tmesipteris oblanceolate. Ta paproć rosnąca na wyspach Nowej Kaledonii zawiera w swoim genomie aż 160 miliardów par zasad, co czyni ją rekordzistką pod względem wielkości genomu. Odkrycie może pomóc naukowcom zrozumieć, w jaki sposób genomy stają się tak duże i jak te ogromne zestawy genów wpływają na zdolność adaptacji i przetrwanie gatunków.

Opis oraz rezultaty badań naukowców z Królewskich Ogrodów Botanicznych w Kew oraz z Institut Botànic de Barcelona (IBB) w Hiszpanii ukazały się na łamach pisma "iScience".

Tmesipteris oblanceolate to rzadki gatunek paproci występujący w Nowej Kaledonii, zamorskim terytorium Francji położonym na południowo-zachodnim Pacyfiku, około 1400 km na wschód od Australii. Rodzaj Tmesipteris to niedostatecznie zbadana grupa roślin składająca się z około 15 gatunków, z których większość występuje na wyspach Pacyfiku i w Oceanii. Do tej pory naukowcy oszacowali wielkość genomów jedynie dwóch gatunków Tmesipteris — Tmesipteris tannensis i Tmesipteris obliqua. Oba są ogromne i zawierają odpowiednio ponad 73 i ponad 147 miliardów par zasad.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Nowe analizy pokazały, że Tmesipteris oblanceolate ma rekordowo duży genom, który składa się ze 160 miliardów para zasad. To o około 7 proc. więcej niż poprzednia rekordzistka - Paris japonica, której genom ma blisko 150 miliardów par zasad.

- Tmesipteris to wyjątkowy i fascynujący mały rodzaj paproci, którego przodkowie ewoluowali około 350 milionów lat temu — na długo przed pojawieniem się dinozaurów na Ziemi. Należy do epifitów - rośnie głównie na pniach i gałęziach drzew. Przez długi czas myśleliśmy, że pobicie poprzedniego rekordu wielkości genomu Paris japonica będzie niemożliwą misją, ale po raz kolejny granice biologii przekroczyły nasze najbardziej optymistyczne przewidywania. Na podstawie naszych poprzednich badań przewidzieliśmy istnienie gigantycznych genomów w Tmesipteris. Odkrycie największego genomu ze wszystkich nie jest tylko osiągnięciem w naukowej eksploracji, ale wynikiem prawie czternastoletniej podróży w głąb nieograniczonej złożoności i różnorodności genomów roślin – powiedział dr Jaume Pellicer z IBB.

Do tej pory naukowcy z całego świata oszacowali rozmiary genomów ponad 20 tys. organizmów eukariotycznych, ujawniając w tym procesie szeroki zakres rozmiarów genomów w całym drzewie życia. Mają one głęboki wpływ nie tylko na ich anatomię, ponieważ większe genomy wymagają większych komórek do ich pomieszczenia i replikacja zajmuje więcej czasu, ale także na to, jak funkcjonują, ewoluują oraz gdzie i jak żyją.

Wśród zwierząt największym do tej pory zidentyfikowanym genomem może pochwalić się prapłetwiec abisyński (Protopterus aethiopicus). Genom tej ryby ma blisko 130 miliardów par zasad. Jednak sześć z 10 największych genomów należy do roślin.

Jak się okazuje, posiadanie większego genomu zwykle nie jest zaletą. W przypadku roślin gatunki posiadające duże ilości DNA są ograniczone do wolno rosnących bylin, są mniej wydajne w fotosyntezie i wymagają więcej składników odżywczych, aby rosnąć i skutecznie konkurować z sąsiadami o mniejszym genomie. To może wpływać na zdolność rośliny do adaptacji do zmian klimatycznych i ryzyko wyginięcia.

- Kto by pomyślał, że ta maleńka, niepozorna roślina, obok której większość ludzi prawdopodobnie przejdzie obojętnie, może pobić światowy rekord pod względem wielkości genomu. W porównaniu z innymi organizmami rośliny są niezwykle różnorodne, jeśli spojrzeć na nie z poziomu DNA, co powinno skłonić nas do zastanowienia się nad ich wartością w szerszym obrazie globalnej różnorodności biologicznej. Odkrycie to rodzi również wiele nowych i ekscytujących pytań dotyczących górnych granic tego, co jest biologicznie możliwe i mamy nadzieję, że pewnego dnia rozwiążemy te tajemnice – powiedziała dr Ilia Leitch z Królewskich Ogrodów Botanicznych w Kew.

- Im większy genom, tym więcej ograniczeń w zakresie możliwości ekologicznych i zdolności do wzrostu i skutecznej rywalizacji z innymi roślinami. I tak gatunki z największymi genomami, takie jak Paris japonica lub Tmesipteris oblanceolate mają tendencję do życia w bardzo stabilnych środowiskach, które nie są konkurencyjne — dodała Leitch.

Źródło: Royal Botanic Gardens, Kew, Nature