Най-големият геном, откриван някога, принадлежи на скромна папрат

Регистрирайте се за научния бюлетин на Wonder Theory на CNN. .

Не бихте го разбрали, като ги погледнете, само че някои растения имат доста повече ДНК от други. И може би още по-объркващо, някои имат доста повече от множеството животни - в това число хората. Сега учените разкриват все по-екстремни образци за този феномен с великански геном, макар че съществуването им остава мистерия.

Ново проучване разпознава най-големия прочут геном на всеки жив организъм в неугледна папрат, открита в Нова Каледония, островна верига в южната част на Тихия океан. Рядкото растение съдържа 160 милиарда базови двойки, обвързваните единици, които построяват нишките на ДНК, съгласно изследването. За съпоставяне, човешкият геном се състои от едвам 3 милиарда.

„ Малки скромни неща могат да скрият една от най-удивителните секрети вътре “, сподели еволюционният биолог Джауме Пелисер, откривател в испанския Ботанически институт в Барселона и подобаващ създател на проучването, оповестено на 31 май в списанието Cell.

Масивните геноми също са необичайност. Според Пелисър от близо 12 000 документирани растителни генома, всички като се изключи половин дузина са най-малко с един порядък по-малки от тези на вилицата папрат, наречена Tmesipteris oblanceolata, която е разказана в публикацията.

„ Границите на биологията са там, с цел да бъдат разкрити “, сподели Пелисър. Той би трябвало да знае - той продължава да ги разкрива.

Преди това проучване най-големият прочут геном на всяка гъба, растение или животно принадлежеше на цветето Paris japonica, собственик на 149 милиарда базови двойки (гигабазови двойки или Gbp).

Pellicer беше част от екипа, който разкри откритието на P. japonica в изследване от септември 2010 година Той също по този начин е съавтор на публикация през май 2017 година, в която се излага догадка за какво 150 Gbp може да бъде горната граница за размерите на генома. Сега той потвърди, че бърка.

„ Основният интерес на този план не е да се откри връх за размер на генома в растенията, в случай че би трябвало да бъда почтен “, сподели Пелисър. „ Искаме да проучим разнообразни случаи на геномен гигантизъм. “

Известно е, че папратите имат всеобщо повтарящи се геноми. След като проучва сродни проби от Нова Зеландия и Тасмания, Пелисер се насочи към новокаледонската папрат като евентуално забавна цел за проучване.

През май 2023 година той и неговият екип събраха проби от дребното растение в дивата природа и ги върнаха в лабораторията, където съпоставиха генома на папрата с типове с прочут размер на генома.

Количеството ДНК в гигантския геном на папрата може да е повече от 50 пъти по-голямо от това на индивида, само че това не прави папрата по-сложна или значи, че има повече гени. Само към 1% от неговия геном са гени, които кодират протеини, пресметна Пелисер. Останалите са нефункционални повтарящи се последователности, от дълго време считани за „ отпадък ДНК “, макар че учените към този момент знаят, че това в действителност не е отпадък. Много от тези генетични глупости могат да повлияят на действието на гените.

Все още е неразгадан пъзел по какъв начин тъкмо папратът е натрупал толкоз доста базови двойки. Това, което може да се играе, съгласно Пелисър, е някаква композиция от необуздана полиплоидия - или съществуване на повече от два комплекта хромозоми, което е постоянно срещано при растенията, само че не и при животните - и натрупването на некодиращи ДНК последователности, които могат да се репликират и се движат из генома.

„ По-интересният въпрос, до който проучването по своята същина не може да стигне, е за какво (геномът) става толкоз огромен и по какъв начин по-специално папратите могат да се оправят с следствията от съществуването на подобен излишно огромен геном “, сподели специалистът по папрат Ерик Шутпелц, откривател ботаник и куратор в отдела по ботаника на Смитсоновия институт. Той не е сътрудничил на това проучване. „ Папратите наподобява са в действителност неприятни в премахването на повтарящата се ДНК и спомагателните хромозоми. “

Големите геноми не са преференциални, както се оказва. Геномният гигантизъм или геномното затлъстяване е извънредно неефикасен, изясняват експертите. Необходими са доста сила и хранителни субстанции, с цел да се направи толкоз доста ДНК. Повечето растения имат доста по-малък геном, което им разрешава да се възпроизвеждат по-бързо, да създават повече поколение и да се приспособяват по-бързо към околната среда. Да се ​​налага да се копира толкоз огромно количество генетичен материал всякога, когато една клетка се дели, „ това е просто полуда “, сподели Шутпелц.

Загадъчно е по какъв начин растенията с толкоз тромави геноми могат да продължат да оцеляват, сподели Дейвид Баум, професор по ботаника в Университета на Уисконсин-Медисън, който не е взел участие в проучването.

Пелисър и сътрудниците му считат, че размерът на генома може да повлияе на възможностите на растението за изгубване. Екипът сега е концентриран върху проучване, което допуска, че растителни типове с огромни геноми са свръхпредставени в Червения лист на Международния съюз за запазване на природата на застрашената флора и проучва дали размерът на генома може да помогне на природозащитниците да разпознават евентуално застрашени растения.

Може ли да има растение с още по-голям геном от вилицата папрат? Може би.

„ Повече няма да си играя с биологичните граници “, сподели Пелисър. „ Те са предопределени да бъдат счупени. “

Аманда Шупак е теоретичен и здравен публицист в Ню Йорк.