Małe gatunki paproci mają genom 50 razy większy niż ludzki

Wydrukowana kopia całego ludzkiego genomu Wypełnij 220 dużych książek. Aby zrobić to samo z małą, pozornie zwyczajną paprocią występującą na kilku wyspach Pacyfiku, potrzeba byłoby około 11 000 książek.

Roślina nazywa się Tmesipteris oblanceolataMa największy znany genom ze wszystkich żywych organizmów, Jaume’a Pellicera Odkryli go jego koledzy z Instytutu Botanicznego w Barcelonie w Hiszpanii.

Każda komórka paproci zawiera w swoim jądrze 321 miliardów liter – czyli par zasad – DNA. Ułożony w linii rozciągałby się na około 105 metrów. „O ile nam wiadomo, ten jest największy” – mówi Pellicer.

Dla porównania, jądro ludzkiej komórki zawiera nieco ponad 6 miliardów par zasad. Lub około 2 metrów– Liczba DNA – około 50 razy mniejsza niż u paproci.

Przed tym odkryciem największym znanym genomem był genom japońskiej rośliny kwitnącej zwanej Paryż Japoniaktóry zawiera 298 miliardów par zasad w każdym jądrze, jak podał Pellicer w 2010 roku. Największym znanym genomem zwierzęcym jest dwudysza marmurkowata, Protopterus aethiopicusKażde jądro zawiera 260 miliardów par zasad.

T. oblanceolata Rzadka roślina rosnąca tylko na niektórych wyspach Nowej Kaledonii i Vanuatu na południowo-zachodnim Pacyfiku. W 2023 roku Pellicer i jego współpracownicy pobrali próbki z Nowej Kaledonii.

Aby określić wielkość genomu paproci, pobrali jądra komórkowe z łodyg, zabarwili DNA wewnątrz jąder barwnikiem fluorescencyjnym, a następnie zmierzyli intensywność światła, gdy jądra przechodziły pod detektorem światła.

Pellicer twierdzi, że istnieją dwa powody, dla których niektóre rośliny mają ogromne genomy. Po pierwsze, wiele roślin zawiera wiele zestawów chromosomów, a nie dwa zwykłe zestawy chromosomów u zwierząt. T. oblanceolata Ma osiem zestawów chromosomów.

Jednak większość roślin z wieloma zestawami chromosomów nadal ma na ogół małe genomy, mówi Pellicer. Głównym czynnikiem jest raczej brak kontroli wzrostu pasożytów genetycznych zwanych transpozonami.

Transpozony to fragmenty DNA, które potrafią się kopiować i wklejać, powodując szybkie rozszerzanie się genomu, chyba że organizmy wypracują sposoby ich tłumienia lub pozbycia się nadmiaru DNA. Wiele genomów, w tym ludzkich, składa się głównie z powtarzających się sekwencji generowanych przez transpozony.

Pellicer twierdzi, że posiadanie ogromnego genomu jest złe. „Wszystko trwa dłużej” – mówi. „Za każdym razem, gdy komórka musi się podzielić, musi skopiować całe DNA. Zatem im więcej DNA, tym dłużej trwa replikacja”.

Oznacza to również, że komórki muszą być większe, aby pomieścić całe DNA, a pory w liściach i łodygach, zwane aparatami szparkowymi, nie mogą tak szybko reagować na zmiany w środowisku, gdy składają się z większych komórek, mówi Pellicer.

Uważa on, że rośliny, które nie kontrolują transpozonów i nie ograniczają rozmiaru swoich genomów, zwykle wymierają. „Dlatego widzimy to tylko w bardzo małej liczbie linii rodowych” – mówi Pellicer. T. oblanceolata Dodaje, że rośliny te mogą przetrwać tylko dzięki mniejszej konkurencji na małych wyspach, na których rosną.

Naukowcy planują zsekwencjonować niewielką część genomu paproci, zamiast próbować sekwencjonować całość. Dzieje się tak dlatego, że brakuje im mocy obliczeniowej potrzebnej do złożenia i przeanalizowania tak dużego i powtarzalnego genomu, mówi Pellicer.

„To ekscytujące widzieć, że wciąż znajdujemy nowe ograniczenia dotyczące wielkości zawartości jądrowego DNA” – mówi. Ryana Gregory’ego Na Uniwersytecie w Guelph w Kanadzie. Jednak, jak twierdzi, istnieją pewne kontrowersje dotyczące sposobu określania wielkości genomu. Niektórzy uważają, że należy go zdefiniować jako wielkość jednego zestawu chromosomów, a nie całkowitą ilość DNA w komórce, co oznacza, że ​​rekord największego genomu przypadłby dwudyszności marmurkowej.

Wielu biologów definiuje wielkość genomu jako ilość DNA znajdującą się w komórkach jajowych, pyłku lub plemnikach, która stanowi połowę ilości DNA występującej w normalnych komórkach. Zgodnie z tą definicją wielkość genomu T. oblanceolata To tylko 160,45 miliardów par zasad.