U novoj studiji objavljenoj u časopisu iScience, istraživači iz Kraljevske botaničke bašte Kju i Instituta za botaniku Barselone (IBB-CSIC) u Španiji predstavljaju novog rekordera za najveću količinu DNK uskladištene u jezgru bilo kog živog organizam na planeti.
Dolazeći na više od 100 metara otkrivene DNK, otkriveno je da novokaledonska vrsta paprati Tmesipteris oblanceolata sadrži više od 50 puta više DNK od ljudi i da je svrgnula sa trona japansku cvetnu biljnu vrstu Paris japonica, koja drži ovaj rekord od 2010.
Pored toga, biljka je postigla tri titule Ginisove knjige rekorda za najveći genom biljke, najveći genom i najveći genom paprati za količinu DNK u jezgru.
T. oblanceolata je retka vrsta paprati koja se nalazi na ostrvskoj državi Nova Kaledonija, prekomorske francuske teritorije koja se nalazi u jugozapadnom Pacifiku, oko 750 milja istočno od Australije, i na nekim od susednih ostrva kao što je Vanuatu. Rod Tmesipteris je nedovoljno proučavana grupa biljaka koja se sastoji od oko 15 vrsta, od kojih se većina javlja na čitavom nizu pacifičkih ostrva i Okeanije.
Do sada su naučnici procenjivali samo veličinu genoma za dve vrste Tmesipterisa – T. tannensis i T. oblikua — za oba je utvrđeno da sadrže gigantske genome, sa 73,19 i 147,29 gigabaznih parova (Gbp), respektivno.
2023. godine, vodeći autori dr Jaume Pellicer i dr Oriane Hidalgo, iz IBB-a i ranije iz RBG Kev, otputovali su u Novu Kaledoniju da sakupe uzorke Tmesipterisa, koji su potom analizirani da bi se procenila veličina njihovih genoma. Ovo je uključivalo izolovanje jezgara hiljada ćelija, njihovo bojenje bojom i zatim merenje koliko se boje vezalo za DNK unutar svakog jezgra – što je više boje, veći je genom.
Analiza je otkrila da vrsta T. oblanceolata ima rekordnu veličinu genoma od 160,45 Gbp, što je oko 7% veće od genoma P. japonica (148,89 Gbp).
Kada se otkrije, DNK iz svake ćelije ove paprati stajao bi viši od Elizabetinog tornja u Vestminsteru, u Londonu, koji je visok 96 metara i dom svetski poznatog Big Ben zvona. Poređenja radi, ljudski genom sadrži oko 3,1 Gbp raspoređenih na 23 hromozoma i kada se rastegne kao klupko pređe, dužina DNK u svakoj ćeliji meri samo oko 2 m.
Dr Peliser, istraživač evolucione biologije, kaže: „Tmesipteris je jedinstven i fascinantan mali rod paprati, čiji su preci evoluirali pre oko 350 miliona godina – mnogo pre nego što su dinosaurusi kročili na Zemlju – i odlikuje se uglavnom epifitskim navikama [raste uglavnom na stablima i granama drveća] i ograničena distribucija u Okeaniji i na nekoliko pacifičkih ostrva.
„Dugo smo mislili da će obaranje prethodnog rekorda veličine Paris japonice biti nemoguća misija, ali opet, granice biologije su prevazišle naša najoptimističnija predviđanja.
„Na osnovu naših prethodnih istraživanja, predvideli smo postojanje džinovskih genoma u Tmesipterisu. Međutim, otkrivanje najvećeg genoma od svih njih nije samo podvig naučnog istraživanja, već rezultat skoro četrnaestogodišnjeg putovanja u beskrajnu složenost. i raznolikost biljnih genoma“.
Do danas su naučnici širom sveta procenili veličinu genoma za više od 20.000 eukariotskih organizama, otkrivajući u tom procesu širok spektar veličina genoma na stablu života. Za njih je, zauzvrat, utvrđeno da imaju dubok uticaj ne samo na njihovu anatomiju, jer su većim genomima potrebne veće ćelije da bi ih smestili i da im treba duže da se repliciraju, već i kako funkcionišu, evoluiraju i gde i kako žive.
Kod životinja, neki od najvećih genoma uključuju mramornu plućnu ribu (Protopterus aethiopicus) sa 129,90 Gbp i vodeni pas reke Neuse (Necturus levisi) sa 117,47 Gbp. Nasuprot tome, šest najvećih poznatih eukariotskih genoma drže biljke, uključujući evropsku imelu (Viscum album) na 100,84 Gbp.
Iznenađujuće, veći genom obično nije prednost. U slučaju biljaka, vrste koje poseduju velike količine DNK su ograničene na sporo rastuće trajnice, manje su efikasne u fotosintezi (proces u kojem biljke pretvaraju sunčevu energiju u šećere) i zahtevaju više hranljivih materija (posebno azota i fosfata) da bi rasle. i uspešno se takmiče sa svojim susedima sa manjim genomom. Zauzvrat, takvi efekti mogu uticati na sposobnost biljke da se prilagodi klimatskim promenama i rizik od izumiranja.
Dr Ilia Leitch, viši rukovodilac istraživanja—Character Evolution, u RBG Kev, kaže: „Ko bi pomislio da ova mala, skromna biljka pored koje će većina ljudi verovatno proći bez obaveštenja, može da nosi svetski rekord u veličini genoma.“
„U poređenju sa drugim organizmima, biljke su neverovatno raznovrsne kada se posmatraju na nivou DNK, i to bi trebalo da nas natera da zastanemo da razmislimo o njihovoj suštinskoj vrednosti u široj slici globalnog biodiverziteta. Ovo otkriće takođe postavlja mnoga nova i uzbudljiva pitanja o gornjim granicama onoga što je biološki moguće, i nadamo se da ćemo jednog dana rešiti ove misterije.“
Adam Milvord, glavni urednik Ginisove knjige rekorda, kaže: „Misliti da se ova paprat bezazlenog izgleda može pohvaliti 50 puta više DNK od ljudi je ponižavajući podsetnik da još uvek ima toliko toga o biljnom carstvu koje ne znamo, i da su nosioci rekorda nisu uvek najupečatljiviji spolja.“
