Tiny Fern contiene il genoma più grande di qualsiasi organismo sulla Terra

IL Tmesipteris oblanceolata La felce stabilisce un nuovo record per il genoma più grande, influenzando la crescita delle piante e le informazioni sull’adattamento.

• Felce della Nuova Caledonia Classificare Ha vinto 3 titoli Guinness World Records; Il più grande genoma vegetale, il più grande genoma di felce e il più grande genoma quantitativo di felce DNA Nel nucleo
• allungato, Tmesipteris oblanceolata Il genoma è più alto del Big Ben di Londra
• La scoperta solleva nuove domande su quanto DNA può essere immagazzinato nelle cellule
• Lo studio aiuterà gli scienziati a comprendere in che modo le dimensioni del genoma influiscono sulle specie a fronte della perdita di biodiversità e dei cambiamenti climatici

Il genoma batte i record

È stato scoperto un nuovo record per la più grande quantità di DNA immagazzinato nel nucleo di qualsiasi organismo vivente sul pianeta. I dettagli sono stati presentati in un nuovo studio pubblicato sulla rivista iScienza il 31 maggio da ricercatori dei Giardini Botanici Reali di Kew e dell’Istituto Botanico di Barcellona (IBB-CSIC) in Spagna.

Si è scoperto che la specie di felce spinosa della Nuova Caledonia Tmesipteris oblanceolata, che contiene più di 100 metri di DNA non assemblato, contiene 50 volte più DNA di quello umano e ha detronizzato la specie di pianta da fiore giapponese Paris japonica, che conservava questo record da allora 2010. Inoltre, la pianta ha ottenuto tre titoli da Guinness World Records per il genoma della pianta più grande, il genoma più grande e il genoma della felce più grande per la quantità di DNA nel nucleo.

Habitat naturali delle felci e metodologia di studio

T. oblanceolata Si tratta di un raro tipo di felce che si trova sull’isola della Nuova Caledonia, un territorio francese d’oltremare situato nell’Oceano Pacifico sudoccidentale, a circa 750 miglia a est dell’Australia, e in alcune isole vicine come Vanuatu. Il genere Tmesipteris è un gruppo di piante poco studiato composto da circa 15 specie, la maggior parte delle quali si trovano in una serie di isole del Pacifico e dell’Oceania.

Fino ad ora, gli scienziati hanno stimato la dimensione del genoma di sole due specie di Tmesipteris: T. tanensis E T. obliquo – Si è scoperto che entrambi avevano genomi giganteschi, rispettivamente di 73,19 e 147,29 coppie di gigabasi.

Nel 2023, gli autori principali, il dottor Jaume Pellicer e la dottoressa Orianne Hidalgo, dell’IBB e precedentemente dell’RBG Kew, si sono recati in Nuova Caledonia per raccogliere campioni di Tmesipteris, che sono stati poi analizzati per stimare la dimensione dei loro genomi. Ciò ha comportato l’isolamento dei nuclei di migliaia di cellule, la colorazione con un colorante e quindi la misurazione della quantità di colorante che si legava al DNA all’interno di ciascun nucleo. Maggiore era il numero di colorante, più grande era il genoma.

Principali risultati e confronti

L’analisi ha rivelato il tipo T. oblanceolata Per una dimensione del genoma standard di 160,45 Gb, che è circa il 7% più grande della dimensione del genoma P. japonica (148,89GB).

Una volta scoperto, il DNA di ogni cellula di questa felce sarà più alto della Elizabeth Tower di Westminster, Londra, che è alta 96 metri e ospita la famosa campana del Big Ben. Per fare un confronto, il genoma umano contiene circa 3,1 gigabyte distribuiti su 23 cromosomi e, quando allungato come un gomitolo, il DNA in ciascuna cellula è lungo solo circa 2 metri.

Effetti della dimensione del genoma sulla biologia vegetale

“Tmesipteris è un piccolo genere di felce unico e affascinante, i cui antenati si sono evoluti circa 350 milioni di anni fa – molto prima che i dinosauri mettessero piede sulla Terra – e sono essenzialmente di natura epifita”, afferma il dottor Pellicer, un biologo evoluzionista. [it grows mainly on the trunks and branches of trees] Distribuzione limitata in Oceania e in diverse isole del Pacifico. Per molto tempo abbiamo pensato che battere il precedente record di dimensioni della Paris japonica sarebbe stato un compito impossibile, ma ancora una volta i limiti della biologia hanno superato le nostre più ottimistiche aspettative.

“Sulla base delle nostre ricerche precedenti, ci aspettavamo che esistessero genomi giganti a Tmesipteris. Tuttavia, la scoperta del genoma più grande mai visto non è solo un risultato dell’esplorazione scientifica, ma il risultato di un viaggio di quasi quattordici anni nell’infinita complessità e diversità dei genomi vegetali.”

Ad oggi, gli scienziati di tutto il mondo hanno stimato le dimensioni del genoma di oltre 20.000 organismi eucarioti, rivelando nel processo un’ampia gamma di dimensioni del genoma in tutto l’albero della vita. Si è scoperto che questi a loro volta hanno un profondo impatto non solo sulla loro anatomia, poiché i genomi più grandi necessitano di cellule più grandi per ospitarli e impiegano più tempo per riprodursi, ma anche su come funzionano e si sviluppano e dove e come vivono.

Negli animali, alcuni dei genomi più grandi includono il dipnoo marmorizzato (Protopterus aethiopicus) a 129,90 GB e il cane da caccia del fiume Neuse (Necturus lewisi) a 117,47 GB. In netto contrasto, sei dei più grandi genomi eucariotici conosciuti sono contenuti nelle piante, incluso il vischio europeo da 100,84 Gb (Viscus album).

Sorprendentemente, avere un genoma più grande di solito non è un vantaggio. Nel caso delle piante, le specie con grandi quantità di DNA si limitano ad essere piante perenni a crescita lenta e sono meno efficienti nel produrre DNA Fotosintesi (il processo mediante il quale le piante convertono l’energia solare in zuccheri) e richiedono più nutrienti (in particolare azoto e fosfato) per crescere e competere con successo con i vicini con genomi più piccoli. A loro volta, questi effetti possono influenzare la capacità della pianta di adattarsi ai cambiamenti climatici e il suo rischio di estinzione.

Riflessioni sulla diversità del genoma e sulla ricerca futura

“Chi avrebbe mai pensato che questa piccola pianta senza pretese, davanti alla quale la maggior parte delle persone probabilmente passerebbe senza preavviso, potesse detenere un record mondiale per le dimensioni del genoma”, afferma il dottor Elijah Leach, ricercatore capo del Dipartimento di evoluzione della personalità presso RBG Kew. Altrimenti, le piante sono incredibilmente diverse se viste a livello del DNA, e questo dovrebbe farci riflettere sul loro valore intrinseco nel quadro più ampio della biodiversità globale. Questa scoperta solleva anche molte nuove ed entusiasmanti domande sui limiti superiori di ciò che è, speriamo , biologicamente possibile Per risolvere questi misteri un giorno.

“La convinzione che questa felce dall’aspetto benigno contenga 50 volte più DNA di quello umano è un umiliante promemoria del fatto che c’è ancora molto che non sappiamo del regno vegetale e che i detentori del record non sono sempre “i più appariscenti all’esterno”.

Riferimento: “Il genoma della felce spinosa da 160 Gb batte il record di dimensioni degli eucarioti” di Paul Fernandez, Remy Ames, David Broy, Martin J. M. Christenhuis ed Elijah J. Leach e Andrew L. Leach, Lisa Pokorny, Oriani Hidalgo e Jaume Pellicer, 31 maggio 2024, iScienza.
doi: 10.1016/j.isci.2024.109889

Lo studio, che ha determinato le dimensioni del genoma di Tmesipteris oblanceolata, è stato condotto da un team internazionale di ricercatori dei Royal Botanic Gardens di Kew, della Queen Mary University di Londra, del New Caledonian Herbarium e del Consiglio spagnolo delle ricerche (CSIC).