Malá kapradina má největší genom ze všech organismů na Zemi | Acamprol

SciTechDaily

Výzkumníci identifikovali Tmesipteris oblanceolatakapradina z Nové Kaledonie, která má největší zaznamenaný genom, překonávající dosavadního rekordmana Paříž japonská. Tento objev, podrobně popsán v iScience Journal, odhaluje, že tato kapradina obsahuje více než 50krát více DNA než lidé, a zdůrazňuje významné důsledky větších genomů na biologii a adaptaci rostlin. Kredit: SciTechDaily.com

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

  • Novokaledonská kapradina druh získal 3 tituly Guinessovy knihy rekordů; Největší genom rostlin, největší genom a největší genom kapradiny pro množství DNA v jádru
  • Natažený, to Tmesipteris oblanceolata genom je vyšší než věž Big Ben v Londýně
  • Discovery vyvolává nové otázky o tom, kolik DNA může být uloženo v buňkách
  • Studie pomůže výzkumníkům pochopit, jak velikost genomu ovlivňuje druhy tváří v tvář ztrátě biologické rozmanitosti a změně klimatu

Rekordní genom

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

Nový kaledonský vidličkový druh Tmesipteris oblanceolata, který se dostal na více než 100 metrů nerozpletené DNA, obsahuje více než 50krát více DNA než lidé, čímž sesadil z trůnu japonský druh kvetoucích rostlin Paris japonica, který držel tento rekord od roku 2010. rostlina dosáhla tří titulů Guinessovy knihy rekordů za největší rostlinný genom, největší genom a největší genom kapradiny za množství DNA v jádře.

Malá kapradina má největší genom

Studie ukazuje, že Tmesipteris oblanceolata má největší genom a poskytuje nové pohledy na evoluci rostlin a výzvy. Kredit: Kew

Přirozené prostředí kapradiny a metoda výzkumu

T. oblanceolata je vzácný druh kapradiny vyskytující se na ostrovním státě Nová Kaledonie, zámořském francouzském území nacházejícím se v jihozápadním Tichém oceánu, asi 750 mil východně od Austrálie a na některých okolních ostrovech, jako je Vanuatu. Rod Tmesipteris je nedostatečně prostudovaná rostlinná skupina sestávající z asi 15 druhů, z nichž většina se vyskytuje na řadě tichomořských ostrovů a Oceánie.

Až dosud vědci pouze odhadovali velikost genomů dvou druhů Tmesipteris – T. tannensis a T. obliqua – u obou bylo zjištěno, že obsahují gigantické genomy o velikosti 73,19 a 147,29 párů gigabází (Gbp).

V roce 2023 hlavní autoři Dr. Jaume Pellicer a Dr. Oriane Hidalgo, z IBB a dříve z RBG Kew, do Nové Kaledonie, aby shromáždila vzorky Tmesipteris, které byly poté analyzovány za účelem odhadu velikosti jejich genomů. To zahrnovalo izolaci jader tisíců buněk, jejich obarvení barvivem a následné měření toho, kolik barviva se navázalo na DNA v každém jádře – čím více barviva, tím větší genom.

Převratné poznatky a srovnání

Analýza odhalila druh T. oblanceolata mít rekordní velikost genomu 160,45 Gbp, což je asi o sedm procent větší než P. japonská (148,89 Gbp).

Po rozluštění by DNA z každé buňky této kapradiny byla vyšší než Elizabeth Tower ve Westminsteru v Londýně, která je vysoká 96 metrů a je domovem světoznámých hodin Big Ben. Pro srovnání, lidský genom obsahuje asi 3,1 Gbp rozložených na 23 chromozomech, a když je natažený jako klíč, délka DNA v každé buňce měří jen asi 2 m.

Důsledky velikosti genomu pro biologii rostlin

Dr. Pellicer, výzkumník v oblasti evoluční biologie, říká: „Tmesipteris je jedinečný a fascinující malý rod kapradin, jehož předkové se vyvinuli asi před 350 miliony let – dlouho předtím, než dinosauři vkročili na Zemi – a vyznačuje se převážně epifytickým habitem (roste hlavně na kmenech a větvích stromů) a omezené rozšíření v Oceánii a na několika tichomořských ostrovech. Dlouho jsme si mysleli, že překonat předchozí velikostní rekord pro pařížskou japonicu bude nemožná mise, ale opět limity biologie překročily naše největší optimistické předpovědi.

“Na základě našeho předchozího výzkumu jsme předpověděli existenci gigantických genomů v Tmesipteris. To znamená, že objev největšího genomu ze všech není jen činem vědeckého průzkumu, ale výsledkem téměř čtrnáctileté cesty do nekonečná složitost a rozmanitost rostlinných genomů.”

K dnešnímu dni vědci z celého světa odhadli velikosti genomu více než 20 000 eukaryotických organismů, přičemž tento proces odhalil širokou škálu velikostí genomů napříč stromem života. Ukázalo se, že ty mají hluboký dopad nejen na jejich anatomii, protože větší genomy potřebují větší buňky k jejich uložení a jejich replikace trvá déle, ale také na to, jak fungují, vyvíjejí se a kde a jak játrají.

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

Mít větší genom není kupodivu většinou výhodou. V případě rostlin jsou druhy s velkým množstvím DNA omezeny na pomalu rostoucí trvalky, jsou méně účinné z hlediska fotosyntéza (proces, kterým rostliny přeměňují sluneční energii na cukr) a vyžadují více živin (zejména dusíku a fosfátů), aby mohly růst a úspěšně konkurovat svým sousedům s menším genomem. Tyto účinky mohou zase ovlivnit schopnost rostliny přizpůsobit se změně klimatu a riziku vyhynutí.

Úvahy o diverzitě genomu a budoucím výzkumu

Dr. Ilia Leitch, Senior Research Leader – Character Evolution, v RBG Kew, říká: „Kdo by si pomyslel, že tato malá, nenáročná rostlina, kterou by většina lidí pravděpodobně minula, aniž by si toho všimla, může držet světový rekord ve velikosti genomu. Ve srovnání s jinými organismy se rostliny při pohledu na úrovni DNA neuvěřitelně liší, a to by nás mělo pozastavit nad jejich vnitřní hodnotou v širším obrazu globální biologické rozmanitosti. Tento objev také vyvolává mnoho nových a vzrušujících otázek o horních hranicích toho, co je biologicky možné, a doufáme, že jednou tyto záhady vyřešíme.“

Adam Millward, šéfredaktor Guinessovy knihy rekordů, říká: „Myšlení, že tato neškodná kapradina se může pochlubit 50krát více DNA než lidé, je pokornou připomínkou toho, že o rostlinné říši toho ještě tolik nevíme a že držitelé rekordů jsou ne vždy navenek nejkřiklavější.“

Reference: “160 Gbp vidlicový genom kapradiny rozbil rekord velikosti pro eukaryota” od Pol Fernández, Rémy Amice, David Bruy, Maarten JM Christenhusz, Ilia J. Leitch, Andrew L. Leitch, Lisa Pokorny, Oriane Hidalgo a Jaume Pellicer, květen 2024, iScience.
DOI: 10.1016/j.isci.2024.109889

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

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *