Tiny Fern contém o maior genoma de qualquer organismo na Terra

o Tmesipteris oblanceolata Fern estabelece novo recorde para o maior genoma, afetando o crescimento das plantas e os insights de adaptação.

• Samambaia da Nova Caledônia Classificar Ele ganhou 3 títulos do Guinness World Records; O maior genoma de planta, o maior genoma de samambaia e o maior genoma quantitativo de samambaia ADN No núcleo
• esticado, Tmesipteris oblanceolata O genoma é mais alto que o Big Ben em Londres
• A descoberta levanta novas questões sobre quanto DNA pode ser armazenado nas células
• O estudo ajudará os cientistas a compreender como o tamanho do genoma afeta as espécies face à perda de biodiversidade e às alterações climáticas

Genoma quebra recordes

Foi descoberto um novo recorde para a maior quantidade de DNA armazenado no núcleo de qualquer organismo vivo do planeta. Detalhes foram apresentados em um novo estudo publicado na revista iCiência em 31 de maio por pesquisadores do Royal Botanic Gardens, Kew, e do Instituto Botânico de Barcelona (IBB-CSIC), na Espanha.

Descobriu-se que a espécie de samambaia espinhosa da Nova Caledônia, Tmesipteris oblanceolata, que contém mais de 100 metros de DNA desmontado, contém 50 vezes mais DNA do que os humanos e destronou a espécie de planta com flor japonesa Paris japonica, que manteve Este recorde é mantido desde 2010. Além disso, a planta alcançou três títulos do Guinness World Records para o maior genoma de planta, o maior genoma e o maior genoma de samambaia pela quantidade de DNA no núcleo.

Habitats naturais de samambaias e metodologia de estudo

T. oblanceolata É um tipo raro de samambaia encontrado na ilha da Nova Caledônia, um território ultramarino francês localizado no sudoeste do Oceano Pacífico, cerca de 750 milhas a leste da Austrália, e em algumas ilhas vizinhas, como Vanuatu. O gênero Tmesipteris é um grupo de plantas pouco estudado que consiste em cerca de 15 espécies, a maioria das quais é encontrada em várias ilhas do Pacífico e na Oceania.

Até agora, os cientistas estimaram o tamanho do genoma de apenas duas espécies de Tmesipteris – T. tanensis E T. oblíquo – Descobriu-se que ambos tinham genomas gigantescos, com 73,19 e 147,29 pares de gigabases, respectivamente.

Em 2023, os autores principais, Dr. Jaume Pellicer e Dra. Orianne Hidalgo, do IBB e anteriormente no RBG Kew, viajaram para a Nova Caledônia para coletar amostras de Tmesipteris, que foram então analisadas para estimar o tamanho de seus genomas. Isto envolveu isolar os núcleos de milhares de células, corá-los com um corante e depois medir a quantidade de corante que se liga ao DNA dentro de cada núcleo.

Principais resultados e comparações

A análise revelou o tipo T. oblanceolata Para um tamanho de genoma padrão de 160,45 Gb, que é cerca de sete por cento maior que o tamanho do genoma P. japonica (148,89 GB).

Quando descoberto, o DNA de cada célula desta samambaia será mais alto do que a Torre Elizabeth em Westminster, Londres, que tem 96 metros de altura e abriga o mundialmente famoso sino do Big Ben. Para efeito de comparação, o genoma humano contém cerca de 3,1 gigabytes espalhados por 23 cromossomos e, quando esticado como um novelo de barbante, o DNA em cada célula tem apenas cerca de 2 metros de comprimento.

Efeitos do tamanho do genoma na biologia vegetal

“Tmesipteris é um pequeno género de feto único e fascinante, cujos antepassados ​​evoluíram há cerca de 350 milhões de anos – muito antes dos dinossauros pisarem na Terra – e são essencialmente epífitos por natureza”, diz o Dr. Pellicer, um biólogo evolucionista. [it grows mainly on the trunks and branches of trees] Distribuição limitada na Oceania e em várias ilhas do Pacífico. Durante muito tempo, pensamos que quebrar o recorde anterior de tamanho da Paris japonica seria uma tarefa impossível, mas mais uma vez, os limites da biologia superaram as nossas expectativas mais otimistas.

“Com base em nossas pesquisas anteriores, esperávamos que existissem genomas gigantes em Tmesipteris. No entanto, a descoberta do maior genoma de todos os tempos não é apenas uma conquista da exploração científica, mas o resultado de uma jornada de quase quatorze anos na infinita complexidade e diversidade dos genomas das plantas.”

Até à data, cientistas de todo o mundo estimaram o tamanho do genoma de mais de 20.000 organismos eucarióticos, revelando no processo uma vasta gama de tamanhos de genoma em toda a árvore da vida. Descobriu-se que estes, por sua vez, têm um impacto profundo não só na sua anatomia, uma vez que genomas maiores precisam de células maiores para os alojar e demoram mais tempo a reproduzir-se, mas também na forma como funcionam e se desenvolvem e onde e como vivem.

Em animais, alguns dos maiores genomas incluem o peixe pulmonado marmorizado (Protopterus aethiopicus) com 129,90 GB e o River Neuse Waterdog (Necturus lewisi) com 117,47 GB. Em total contraste, seis dos maiores genomas eucarióticos conhecidos são mantidos por plantas, incluindo o visco europeu de 100,84 Gb (Viscus album).

Surpreendentemente, ter um genoma maior geralmente não é uma vantagem. No caso das plantas, as espécies com grandes quantidades de ADN limitam-se a ser perenes de crescimento lento e são menos eficientes na produção de ADN. Fotossíntese (o processo pelo qual as plantas convertem a energia do sol em açúcares) e necessitam de mais nutrientes (particularmente azoto e fosfato) para crescerem e competirem com sucesso com vizinhos com genomas mais pequenos. Por sua vez, estes efeitos podem afectar a capacidade da planta de se adaptar às alterações climáticas e ao seu risco de extinção.

Reflexões sobre a diversidade do genoma e pesquisas futuras

“Quem poderia imaginar que esta plantinha despretensiosa, pela qual a maioria das pessoas provavelmente passaria sem avisar, poderia deter um recorde mundial de tamanho do genoma”, diz o Dr. Elijah Leach, pesquisador principal do Departamento de Evolução da Personalidade da RBG Kew. as plantas são incrivelmente diversas quando vistas ao nível do ADN, e isto deveria dar-nos uma pausa para pensar sobre o seu valor intrínseco no quadro mais amplo da biodiversidade global. Esta descoberta também levanta muitas questões novas e excitantes sobre os limites superiores do que é, esperamos. , biologicamente possível resolver esses mistérios um dia.

“A crença de que esta samambaia de aparência benigna contém 50 vezes mais DNA do que os humanos é um lembrete humilhante de que ainda há muito que não sabemos sobre o reino vegetal e que os detentores de recordes nem sempre são “os mais chamativos por fora”.

Referência: “Genoma de samambaia espinhosa de 160 Gb quebra recorde de tamanho de eucariotos” por Paul Fernandez, Remy Ames, David Broy, Martin J. M. Christenhuis e Elijah J. Leach e Andrew L. Leach, Lisa Pokorny, Oriani Hidalgo e Jaume Pellicer, 31 de maio de 2024, iCiência.
doi: 10.1016/j.isci.2024.109889

O estudo, que determinou o tamanho do genoma de Tmesipteris oblanceolata, foi realizado por uma equipe internacional de pesquisadores do Royal Botanic Gardens de Kew, da Queen Mary University de Londres, do New Caledonian Herbarium e do Spanish Research Council (CSIC).