Zinātnieki atrod lielāko zināmo genomu mazā augā | Huepaintco

Zinātnieki atrod lielāko zināmo genomu mazā augā

Pagājušajā gadā Jaume Pellicers vadīja citu zinātnieku komandu mežā Grande Terre, salas austrumos no Austrālijas. Viņi meklēja papardi, ko sauc par Tmesipteris oblanceolata. Tas stāvēja tikai dažus centimetrus augsts un nebija viegli atrodams meža klājumā.

“Tas nekrīt acīs,” sacīja Dr. Pellicers, kurš strādā Botāniskajā institūtā Barselonā, Spānijā. “Tu droši vien uzkāptu uz tā un pat to neapzinātos.”

Pētniekiem beidzot izdevās pamanīt nenoteikto papardi. Kad Dr. Pellicers un viņa kolēģi to pētīja laboratorijā, un viņi atklāja, ka tajā ir ārkārtējs noslēpums. Tmesipteris oblanceolata ir lielākais zināmais genoms uz Zemes. Tāpat kā zinātnieki aprakstīts piektdien publicētajā pētījumā papardes šūnas satur vairāk nekā 50 reizes vairāk DNS nekā mūsējās.

Ja jums šķiet dīvaini, ka tik pazemīgam augam ir tik gigantisks genoms, to dara arī zinātnieki. Neizpratne radās 1950. gados, kad biologi atklāja, ka DNS dubultspirāle kodē gēnus. Katrs gēns sastāv no virknes ģenētisku burtu, un mūsu šūnas lasa šos burtus, lai izveidotu atbilstošus proteīnus.

Zinātnieki pieņēma, ka cilvēkiem un citām sarežģītām sugām ir jārada daudz dažādu proteīnu un tāpēc tiem ir lielāki genomi. Bet kad viņi nosvēra DNS dažādos dzīvniekos viņi atklāja, ka ir kļūdījušies. Vardēm, salamandrām un plaušām bija daudz lielāki genomi nekā cilvēkiem.

Izrādās, ka genomi ir daudz dīvaināki, nekā zinātnieki gaidīja. Piemēram, mums ir aptuveni 20 000 proteīnu kodējošu gēnu, bet tie veido tikai 1,5 procentus no 3 miljardiem burtu pāru mūsu genomā.

Vēl aptuveni deviņus procentus veido DNS posmi, kas nekodē olbaltumvielas, bet joprojām veic svarīgus uzdevumus. Daži no tiem, piemēram, darbojas kā slēdži, lai ieslēgtu un izslēgtu kaimiņu traucējumus.

Pārējiem 90 procentiem cilvēka genoma nav zināmas funkcijas. Dažiem zinātniekiem ir mīļš segvārds šim milzīgajam noslēpumainā DNS daudzumam: junk.

Dažām sugām ir maz nevēlamas DNS, savukārt citās ir satriecošs daudzums. Āfrikas plaušu zivsPiemēram, tiem ir aptuveni tikpat daudz proteīnus kodējošu gēnu kā mums, taču tie ir izplatīti gigantiskā genomā, kurā ir 40 miljardi DNS burtu pāru — 13 reizes vairāk DNS nekā mūsu pašu genomā.

2000. gadu sākumā, kad Dr. Izglītots par botāniķi, Pellicers bija sajūsmā, uzzinot, ka dažām augu ģintīm ir arī milzīgi genomi. Piemēram, sīpoliem ir piecas reizes lielāks genoms nekā mums.

2010. gadā, kad Dr. Kad Pellicers sāka strādāt Kjū dārzā Londonā, viņam bija iespēja izpētīt augu saimi, kas pazīstama kā sedumi, kuriem, kā zināms, ir lieli genomi. Viņš pavadīja mēnešus, smalcinot lapas ar žileti, izolējot šūnas no desmitiem sugu un sverot to DNS.

Kad viņš nosvēra genomu augam Paris japonica, kas aug kalnos netālu no Nagano Japānā, viņš bija šokēts par rezultātu. Parastajam ziedam bija genoms, kas saturēja 148 miljardi burtu pāru – pasaules rekords.

Nākamajos gados kolēģi viņam nosūtīja svaigus papardes paraugus no Austrālijas un Jaunzēlandes, lai tos sasmalcinātu. Viņš atklāja, ka šiem augiem ir arī masīvi genomi, kaut arī ne tik lieli kā Paris japonica.

Dr. Pellicers zināja, ka radniecīgās paparžu sugas aug uz dažām Klusā okeāna salām. 2016. gadā viņš sāka plānot ekspedīciju uz Grande Terre, kas ir daļa no arhipelāga, kas pazīstams kā Jaunkaledonija.

Tikai 2023. gadā viņš beidzot sasniedza salu. Viņš savāca vairākas sugas ar komandu, kurā bija kolēģi no Kew, viņa absolvents Pols Fernándezs un vietējie augu eksperti.

Atgriezies Barselonā, Fernandesa kungs bija pārsteigts, atklājot, ka Tmesipteris oblanceolata genoms satur aptuveni 160 miljardus DNS burtu pāru. Trīspadsmit gadus pēc Dr. Pellicers bija atklājis rekordlielu genomu, un arī viņa absolventi piedzīvoja rekorda pārsniegšanas aizraušanos.

Ir divi galvenie veidi, kā genomi evolūcijas laikā paplašinās. Daudzām sugām ir vīrusiem līdzīgas DNS daļas. Kad viņi veido jaunas savu genomu kopijas, viņi dažreiz nejauši izveido papildu vīrusa izplatības kopiju. Daudzu paaudžu laikā suga var uzkrāties tūkstošiem jaunu kopiju, izraisot tās genoma uzbriest.

Ir arī iespējams, ka suga pēkšņi nonāk pie diviem genomiem, nevis vienam. Viens no veidiem, kā var rasties papildu genoms, ir divu cieši radniecīgu sugu pārošanās. Viņu hibrīdie pēcnācēji var mantot pilnus DNS komplektus no abiem vecākiem.

Dr. Pelliceram un viņa kolēģiem ir aizdomas, ka vīrusiem līdzīga DNS un dublētu genomu kombinācija ir atbildīga par milzīgo ģenētiskā materiāla daudzumu Tmesipteris oblanceolata. Bet viņi nezina, kāpēc šī pazemīgā paparde ieguva rekordaugstu genomu, savukārt citām sugām, piemēram, mums, ir tik daudz mazāk DNS.

Iespējams, ka lielākā daļa sugu pakāpeniski uzkrāj DNS savos genomos, neciešot nekādus bojājumus. “Liela daļa bioloģijas ir “kāpēc ne?” nevis “kāpēc?” sacīja Jaunzēlandes Augu un pārtikas pētniecības institūta genomiķe Džūlija Blomērta, kura nebija iesaistīta jaunajā pētījumā.

Tomēr galu galā genomi var kļūt tik lieli, ka tie kļūst par slogu. Šūnām, iespējams, būs jāpaplašina, lai tās uzņemtu visu papildu DNS. Viņiem arī nepieciešams vairāk laika un vairāk barības vielu, lai izveidotu jaunas savu milzu genomu kopijas. Organisms ar pārāk lielu genomu var zaudēt konkurentam ar mazāku. Tātad evolūcija var dot priekšroku mutācijām, kas izslēdz nevajadzīgu DNS.

Iespējams, ka dzīvnieki un augi patiesi gigantiskus genomus var izveidot tikai īpašās vidēs, piemēram, stabilā klimatā, kur ir maza konkurence. “Varbūt tāpēc tie ir tik reti — tie tiek noplēsti, jo tie nav efektīvi,” sacīja Dr. Pellicers.

Pat vispievilcīgākajās mājās genomi nevar izaugt līdz bezgalīgiem izmēriem. Patiesībā Dr. Pelliceram ir aizdomas, ka Tmesipteris oblanceolata varētu būt gandrīz sasniegusi genoma fizisko robežu. “Es domāju, ka mēs esam tuvu,” viņš teica.

Citi nav tik pārliecināti.

“Es nezinu, vai mēs vēl esam sasnieguši augšējo robežu,” sacīja Britānija Sazerlenda, Džordža Meisona universitātes botāniķe, kura nebija iesaistīta pētījumā. Viņa atzīmēja, ka botāniķi ir izmērījuši genomu lielumu tikai 12 000 augu sugās, atstājot 400 000 citu sugu pētīšanai. “Tas, par ko mums ir aplēses, ir kritums spainī,” viņa sacīja.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *