Az apró páfrány a Földön található élőlények legnagyobb genomját tartalmazza

a Tmesipteris oblanceolata A Fern új rekordot állított fel a legnagyobb genom tekintetében, ami hatással van a növények növekedésére és az alkalmazkodásra.

• Új-kaledóniai páfrány Osztályozás 3 Guinness-rekord címet nyert; A legnagyobb növényi genom, a legnagyobb páfránygenom és a legnagyobb mennyiségi páfránygenom DNS A magban
• nyújtva, Tmesipteris oblanceolata A genom magasabb, mint a londoni Big Ben
• A felfedezés új kérdéseket vet fel azzal kapcsolatban, hogy mennyi DNS tárolható a sejtekben
• A tanulmány segít a tudósoknak megérteni, hogy a genom mérete hogyan befolyásolja a fajokat a biológiai sokféleség csökkenésével és az éghajlatváltozással szemben

A genom rekordokat dönt

Új rekordot fedeztek fel a bolygó bármely élő szervezetének magjában tárolt legnagyobb mennyiségű DNS tekintetében. A részleteket a folyóiratban megjelent új tanulmány mutatta be iScience május 31-én a kew-i Királyi Botanikus Kert és a Barcelonai Botanikus Intézet (IBB-CSIC) kutatói.

Az új-kaledóniai tüskés páfrányfaj, a Tmesipteris oblanceolata, amely több mint 100 méternyi össze nem épült DNS-t tartalmaz, 50-szer több DNS-t tartalmaz, mint az ember, és letaszította trónjáról a Paris japonica japán virágos növényfajt, amely megtartotta Ezt a rekordot azóta tartják. 2010. Ezen kívül a növény három Guinness-rekord címet ért el a legnagyobb növényi genom, a legnagyobb genom és a legnagyobb páfránygenom tekintetében a magban lévő DNS mennyiségét illetően.

A Tmesipteris oblanceolata rendelkezik a legnagyobb genommal, amely új perspektívákat kínál a növények evolúciójára és az előtte álló kihívásokra – derült ki egy tanulmányból. Hitel: Q

A páfrányok természetes élőhelyei és a vizsgálati módszertan

T. oblanceolata Ez egy ritka fajta páfrány, amely Új-Kaledónia szigetén, egy francia tengerentúli területen található a Csendes-óceán délnyugati részén, Ausztráliától körülbelül 750 mérföldre keletre, és néhány szomszédos szigeten, például Vanuatuban. A Tmesipteris nemzetség egy rosszul tanulmányozott növénycsoport, amely körülbelül 15 fajból áll, amelyek többsége a csendes-óceáni szigeteken és Óceániában található.

Eddig a tudósok csak két Tmesipteris faj genomméretét becsülték meg. T. tanensis És T. ferde – Mindkettőnek gigantikus genomja van, 73,19, illetve 147,29 gigabázispárral.

2023-ban a vezető szerzők, Dr. Jaume Pellicer és Dr. Orianne Hidalgo az IBB-től és korábban az RBG Kew-től Új-Kaledóniába utaztak, hogy mintákat gyűjtsenek a Tmesipteris-ből, amelyeket aztán elemeztek genomjuk méretének becslése érdekében. Ez magában foglalta több ezer sejt magjának izolálását, festékkel való megfestését, majd az egyes sejtmagokon belül a DNS-hez kötődő festék mennyiségének mérését Minél több a festék, annál nagyobb a genom.

Vezető eredmények és összehasonlítások

Az elemzés feltárta a típust T. oblanceolata 160,45 Gb szabványos genommérethez, ami körülbelül hét százalékkal nagyobb a genom méreténél P. japonica (148,89 GB).

Amikor feltárják, a páfrány minden sejtjéből származó DNS magasabb lesz, mint a londoni Westminsterben található Elizabeth Tower, amely 96 méter magas és a világhírű Big Ben harang otthona. Összehasonlításképpen: az emberi genom körülbelül 3,1 gigabájtot tartalmaz, 23 kromoszómán elosztva, és ha egy húrgömbként kinyújtjuk, az egyes sejtekben lévő DNS mindössze körülbelül 2 méter hosszú.

A genomméret hatása a növénybiológiára

„A Tmesipteris egy egyedülálló és lenyűgöző kis páfránynemzetség, amelynek ősei körülbelül 350 millió évvel ezelőtt fejlődtek ki – jóval azelőtt, hogy a dinoszauruszok letették a lábukat a Földre –, és alapvetően epifita természetűek” – mondja Dr. Pellicer, evolúcióbiológus. [it grows mainly on the trunks and branches of trees] Korlátozott terjesztés Óceániában és több csendes-óceáni szigeten. Sokáig azt hittük, hogy lehetetlen feladat megdönteni a korábbi párizsi japonica méretrekordot, de a biológia határai ismét túlszárnyalták legoptimistább várakozásainkat.

„Korábbi kutatásaink alapján arra számítottunk, hogy a Tmesipterisben óriási genomok léteznek. A valaha volt legnagyobb genom felfedezése azonban nem csupán a tudományos feltárás eredménye, hanem egy majdnem tizennégy éves utazás eredménye a végtelen komplexitás és sokféleség felé. növényi genomokból.”

A mai napig a tudósok világszerte több mint 20 000 eukarióta szervezet genomméretét becsülték meg, és a folyamat során a genomméretek széles skáláját tárták fel az élet fájában. Ezekről kiderült, hogy nemcsak az anatómiájukra gyakorolnak jelentős hatást, mivel a nagyobb genomoknak nagyobb sejtekre van szükségük az elhelyezésükhöz, és tovább tart a szaporodás, hanem arra is, hogyan működnek és fejlődnek, hol és hogyan élnek.

Az állatokban a legnagyobb genomok közé tartozik a márványos tüdőhal (Protopterus aethiopicus) 129,90 GB-on és a River Neuse Waterdog (Necturus lewisi) 117,47 GB-on. Ezzel éles ellentétben a hat legnagyobb ismert eukarióta genomot a növények tartják, köztük a 100,84 Gb-os európai fagyöngyöt (Viscus album).

Meglepő módon a nagyobb genom általában nem előny. A növények esetében a nagy mennyiségű DNS-t tartalmazó fajok csak lassan növekvő évelőkre korlátozódnak, és kevésbé hatékonyak a DNS-termelésben. Fotoszintézis (az a folyamat, amelynek során a növények a napenergiát cukrokká alakítják), és több tápanyagra (különösen nitrogénre és foszfátra) van szükség a növekedéshez és a kisebb genomokkal rendelkező szomszédokkal való sikeres versenyhez. Ezek a hatások viszont befolyásolhatják a növény éghajlatváltozáshoz való alkalmazkodási képességét és a kihalás kockázatát.

Reflexiók a genomdiverzitásról és a jövőbeli kutatásokról

„Ki gondolta volna, hogy ez a szerény kis növény, amely mellett a legtöbb ember figyelmeztetés nélkül elmegy, világrekordot tarthat a genom méretében” – mondja Dr. Elijah Leach, az RBG Kew Személyiségfejlődés Tanszékének vezető kutatója. A növények DNS-szinten nézve hihetetlenül változatosak, és ez egy kis szünetet ad arra, hogy elgondolkodjunk belső értékükön a globális biodiverzitás tágabb képében. Reméljük, ez a felfedezés sok új és izgalmas kérdést vet fel a létezés felső határaival kapcsolatban , biológiailag lehetséges Egy napon megoldani ezeket a rejtélyeket.

„Az a hiedelem, hogy ez a jóindulatú páfrány 50-szer több DNS-t tartalmaz, mint az ember, megalázó emlékeztető, hogy még mindig sok mindent nem tudunk a növényvilágról, és hogy a rekorderek nem mindig „a legkitűnőbbek kívülről”.

Hivatkozás: Paul Fernandez, Remy Ames, David Broy, Martin J. M. Christenhuis és Elijah J. „160 Gb tüskés páfrány genom megdönti az eukarióta méretrekordot”. Leach és Andrew L. Leach, Lisa Pokorny, Oriani Hidalgo és Jaume Pellicer, 2024. május 31. iScience.
doi: 10.1016/j.isci.2024.109889

A Tmesipteris oblanceolata genom méretét meghatározó vizsgálatot a Kew-i Királyi Botanikus Kert, a Londoni Queen Mary Egyetem, az Új-Kaledóniai Herbárium és a Spanyol Kutatási Tanács (CSIC) nemzetközi kutatócsoportja végezte.