W nowym badaniu opublikowanym w czasopiśmie iScience, naukowcy z Royal Botanic Gardens w Kew i Institut Botànic de Barcelona (IBB-CSIC) przedstawiają nowego rekordzistę pod względem największej ilości DNA przechowywanego w jądrze jakiegokolwiek żywego organizmu na planecie.
Czytaj też: Ta świecąca roślina była uważana za wymarłą. Po 30 latach znowu ją znaleziono w nieoczekiwanym miejscu
Tmesipteris oblanceolata to endemiczny gatunek paproci, który ma ponad 50 razy więcej DNA i ludzie i zdetronizował dotychczasowego rekordzistę, roślinę ozdobną Paris japonica, która dzierżyła ten tytuł od 2010 r. Po co maleńkiej paproci taka ilość materiału genetycznego? Odpowiedź na to pytanie nie jest jednoznaczna.
Ta paproć pobiła trzy rekordy
Genom to kompletny zestaw instrukcji DNA w komórce zawierający wszystkie informacje potrzebne do rozwoju i wzrostu żywego organizmu. Wiele roślin ma duże genomy i naukowcy chcą się dowiedzieć, dlaczego tak jest. Mają nadzieję zrozumieć, jak to wpływa na funkcję i może mieć wpływ na ryzyko ich wyginięcia.
Czytaj też: Ta roślina sprzed 400 mln lat nie powinna nigdy istnieć
Paproć, znana jako Tmesipteris oblanceolate, należy do pierwotnej grupy roślin, która ewoluowała na długo przed pojawieniem się dinozaurów na Ziemi. Występuje tylko w Nowej Kaledonii na Oceanie Spokojnym i kilku sąsiednich wyspach (m.in. Vanuatu), gdzie rośnie na pniach i gałęziach drzew lasów deszczowych.
Do tej pory naukowcy oszacowali jedynie wielkość genomów dwóch gatunków Tmesipteris – T. tannensis i T. obliqua – z których oba okazały się zawierać gigantyczne genomy, odpowiednio 73,19 i 147,29 miliardów par zasad azotowych (Gbp). Poprzednim rekordzistą największego genomu na świecie była roślina kwitnąca – Paris japonica – z 148,89 Gbp. Dla porównania, genom człowieka ma ok. 3,1 Gbp i rozciągnąłby się na długość ok. 2 m.
Naukowcy wyekstrahowali materiał genetyczny z okazów Tmesipteris oblanceolata zebranych w Nowej Kaledonii.
Zmierzyli, ile barwnika wiąże się z DNA – im więcej barwnika, tym większy genom. Odkryli, że wspomniana paproć ma rekordowy rozmiar genomu liczący 160,45 mld par zasad azotowych, który po rozwinięciu osiągnąłby długość ok. 100 m.
Adam Millward z Guinness World Records powiedział:
Myślenie, że ta niepozornie wyglądająca paproć może pochwalić się 50 razy większą ilością DNA niż ludzie, jest pokornym przypomnieniem, że wciąż jest tak wiele o królestwie roślin, czego nie wiemy, i że posiadacze rekordów nie zawsze są najbardziej efektowni na zewnątrz.
Do tej pory naukowcy z całego świata oszacowali rozmiary genomów ponad 20 000 organizmów eukariotycznych, ujawniając w tym procesie szeroki zakres rozmiarów genomów w całym drzewie życia. Z kolei stwierdzono, że mają one głęboki wpływ nie tylko na ich anatomię, ponieważ większe genomy potrzebują większych komórek do ich pomieszczenia i replikacja zajmuje im więcej czasu, ale także na to, jak funkcjonują, ewoluują oraz gdzie i jak żyją. W królestwie zwierząt jedne z największych genomów obejmują niektóre ryby dwudyszne i salamandry, liczące około 120 mld par zasad. Z kolei potężny dąb ma stosunkowo mały genom – gdyby rozciągnąć całe DNA z pojedynczej jego komórki, zamknąłby się on w 66 cm.
Warto wspomnieć, że 6 największych znanych genomów eukariotycznych jest w posiadaniu roślin, w tym jemioły pospolitej (Viscum album) o wielkości 100,84 Gbp. Co zaskakujące, posiadanie większego genomu zazwyczaj nie jest zaletą. W przypadku roślin gatunki posiadające duże ilości DNA są ograniczone do wolno rosnących bylin, są mniej wydajne w fotosyntezie (procesie, w którym rośliny przekształcają energię słoneczną w cukry) i wymagają więcej składników odżywczych (zwłaszcza azotu i fosforanów), aby rosnąć i skutecznie konkurować z sąsiadami o mniejszym genomie. Z kolei takie efekty mogą wpływać na zdolność rośliny do adaptacji do zmian klimatycznych i ryzyko wyginięcia.