Maleńka paproć ma największy genom

Naukowcy z Royal Botanic Gardens, Kew w Wielkiej Brytanii i Instytutu Botanic de Barcelona (IBB-CSIC) w Hiszpanii znaleźli paproć (Tmesipteris oblanceolata), która jest światowym rekordzistą pod względem największej ilości DNA obecnego w jądrze żywego organizmu. Wcześniej myślano, że rekordzistą pod tym względem jest japoński gatunek roślin kwitnących o nazwie Paris japonica (P. japonica).

Paproć Tmesipteris oblanceolata występuje na terenie Nowej Kaledonii, zamorskim terytorium Francji, położonym na południowo-zachodnim Pacyfiku, około 1200 km na wschód od Australii. Roślina jest też obecna na niektórych sąsiednich wyspach.

W 2023 r. główni autorzy badania (https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(24)01111-8), dr Jaume Pellicer i dr Oriane Hidalgo z IBB-CSIC, udali się do Nowej Kaledonii, aby pobrać próbki Tmesipteris, które następnie poddano analizie, by oszacować wielkość genomu. Wiązało się to z wyizolowaniem jąder tysięcy komórek, zabarwieniem ich specjalnym barwnikiem, a następnie zmierzeniem, ile barwnika związało się z DNA w każdym jądrze - im więcej barwnika, tym większy genom.

Analiza wykazała, że gatunek T. oblanceolata ma rekordowo wielki genom, złożony ze 160,45 miliardów par zasad azotowych (160,45 Gbp) - czyli o około siedem procent większy, niż genom P. japonica (148,89 miliardów par zasad), i 50 razy większy od ludzkiego genomu (3,1 miliarda par zasad).

"Po rozplątaniu, DNA każdej komórki tej paproci byłoby wyższe niż Elizabeth Tower w Westminster w Londynie, która ma 96 m wysokości, i w której mieści się słynny dzwon Big Ben. Dla porównania ludzki genom zawiera około 3,1 Gbp, rozmieszczonych w 23 chromosomach, co po rozplątaniu można przeliczyć na 2 metry długości DNA w każdej komórce" - napisano w informacji prasowej przesłanej do mediów przez Royal Botanic Gardens, Kew.

"Tmesipteris to wyjątkowy i fascynujący rodzaj małej paproci, której przodkowie wyewoluowali około 350 milionów lat temu - na długo przed tym, jak dinozaury postawiły stopę na Ziemi. Rośnie głównie na pniach i gałęziach drzew. Przez długi czas myśleliśmy, że pobicie poprzedniego rekordu wielkości genomu Paris japonica będzie misją niemożliwą do zrealizowania, ale po raz kolejny możliwości biologiczne roślin przekroczyły nasze najbardziej optymistyczne przewidywania" - powiedział dr Jaume Pellicer, cytowany w informacji prasowej.

Naukowcy na całym świecie oszacowali rozmiary genomów ponad 20 tys. organizmów eukariotycznych. W ten sposób udowodnili ich ogromną różnorodność i wpływ m. in. na anatomię żywego organizmu. Większe genomy potrzebują większych komórek, aby je pomieścić. Replikacja też zajmuje więcej czasu.

Największy genom u zwierząt posiada ryba - Prapłetwiec abisyński, hodowana głównie w akwariach. Na liście wyróżniających się wielkością genomu jest również Necturus lewisi - gatunek płaza z rodziny odmieńcowatych.

Naukowcy podkreślają, że posiadanie większego genomu zwykle nie jest zaletą. W przypadku roślin gatunki posiadające dużą ilość DNA rosną bardzo wolno i nie są w stanie bardzo sprawnie przeprowadzać procesu fotosyntezy (proces, w którym rośliny przekształcają energię słoneczną w cukry). Zmuszone są przez to do korzystania z większej ilości składników odżywczych (zwłaszcza azotu i fosforanów), co zmniejsza ich zdolność przystosowania się do zmian klimatycznych. Rośnie więc ryzyko, że wyginą.

Urszula Kaczorowska