חוקרים זיהו Tmesipteris oblanceolataשרך מקלדוניה החדשה, כבעל הגנום הגדול ביותר שנרשם, העולה על בעל השיא הקודם פריז japonica. תגלית זו, המפורטת ב iScience כתב העת, חושף כי שרך זה מכיל למעלה מ-50 פעמים יותר DNA מבני אדם ומדגיש את ההשלכות המשמעותיות שיש לגנומים גדולים יותר על הביולוגיה וההסתגלות של הצמח. קרדיט: twoday.co.il.com
ה Tmesipteris oblanceolata שרך קובע שיא חדש עבור הגנום הגדול ביותר, המשפיע על גידול הצמחים ועל תובנות הסתגלות.
- שרך קלדוני חדש מִין זכה ב-3 תארי שיאי גינס; גנום הצמח הגדול ביותר, הגנום הגדול ביותר והגנום הגדול ביותר של שרך עבור הכמות של DNA בגרעין
- נמתח החוצה, ה Tmesipteris oblanceolata הגנום גבוה יותר מהמגדל של הביג בן בלונדון
- Discovery מעלה שאלות חדשות לגבי כמה DNA ניתן לאחסן בתאים
- מחקר יעזור למדענים להבין כיצד גודל הגנום משפיע על מינים מול אובדן המגוון הביולוגי ושינויי האקלים
גנום שובר שיאים
התגלה בעל שיא חדש לכמות הגדולה ביותר של DNA המאוחסנת בגרעין של כל אורגניזם חי על הפלנטה. הפרטים הוצגו במחקר חדש שפורסם בכתב העת iScience ב-31 במאי על ידי חוקרים מהגנים הבוטניים המלכותיים, קיו ומהמכון הבוטאני של ברצלונה (IBB-CSIC) בספרד.
כשנכנס למרחק של יותר מ-100 מטרים של דנ"א שנפרם, זן שרך המזלג הקלדוני החדש Tmesipteris oblanceolata מכיל למעלה מפי 50 יותר דנ"א מבני אדם והדיח את מיני הצמחים הפורחים היפנים Paris japonica, המחזיק בשיא זה מאז 2010. בשנת 2010. בנוסף, הצמח השיג שלושה תארי שיאי גינס לגנום הצמח הגדול ביותר, הגנום הגדול ביותר והגנום הגדול ביותר של השרך עבור כמות ה-DNA בגרעין.
מחקר חושף את Tmesipteris oblanceolata כבעל הגנום הגדול ביותר, ומציע נקודות מבט חדשות על התפתחות הצמחים ואתגרים. קרדיט: קיו
בית הגידול הטבעי של השרך ומתודולוגיית הלימוד
T. oblanceolata הוא זן נדיר של שרך שנמצא במדינת האיים קלדוניה החדשה, טריטוריה צרפתית מעבר לים הממוקמת בדרום מערב האוקיינוס השקט, כ-750 מייל מזרחית לאוסטרליה, ובכמה מהאיים הסמוכים כמו ונואטו. הסוג Tmesipteris הוא קבוצה לא נחקרה של צמחים המורכבת מכ-15 מינים, שרובם מופיעים במגוון של איי האוקיינוס השקט ואוקיאניה.
עד כה, מדענים העריכו רק את גודל הגנום עבור שני מינים של Tmesipteris – T. tannensis ו T. obliqua – שניהם נמצאו מכילים גנומים ענקיים, ב-73.19 ו-147.29 זוגות גיגה-בסיס (Gbp) בהתאמה.
בשנת 2023, נסעו המחברים הראשיים ד"ר ג'אום פליצר וד"ר אוריין הידאלגו, מה-IBB ולשעבר מ-RBG Kew, לקלדוניה החדשה כדי לאסוף דגימות של טמסיפטריס, אשר נותחו לאחר מכן כדי להעריך את גודל הגנום שלהם. זה כלל בידוד גרעינים של אלפי תאים, צביעתם בצבע ולאחר מכן מדידה של כמות הצבע שנקשרה ל-DNA בתוך כל גרעין – ככל שיותר צבע, כך הגנום גדול יותר.
ממצאים והשוואות פורצי דרך
הניתוח חשף את המין T. oblanceolata להיות בעל גודל גנום שובר שיא של 160.45 Gbp, שהוא גדול בכ-7% מזה של P. japonica (148.89 Gbp).
כאשר נפרם, ה-DNA מכל תא של השרך הזה יעמוד גבוה יותר ממגדל אליזבת בווסטמינסטר, לונדון, שגובהו 96 מ' ובו נמצא פעמון הביג בן המפורסם בעולם. לשם השוואה, הגנום האנושי מכיל כ-3.1 Gbp המפוזרים על פני 23 כרומוזומים וכאשר הוא נמתח כמו כדור חוט, אורך ה-DNA בכל תא מודד רק כ-2 מטר.
השלכות של גודל הגנום על ביולוגיה של הצמח
ד"ר פליצר, חוקר בביולוגיה אבולוציונית, אומר: "Tmesipteris הוא סוג קטן ייחודי ומרתק של שרכים, שאבותיהם התפתחו לפני כ-350 מיליון שנה – הרבה לפני שהדינוזאורים דרכו על כדור הארץ – והוא נבדל בהרגלו האפיפיטי בעיקרו. (הוא גדל בעיקר על גזעים וענפים של עצים) ותפוצה מוגבלת באוקיאניה ובכמה איי פסיפיק. במשך זמן רב חשבנו ששבירת שיא הגודל הקודם של פריז ג'פוניקה הולכת להיות משימה בלתי אפשרית, אבל שוב, גבולות הביולוגיה עלו על התחזיות האופטימיות ביותר שלנו.
"בהתבסס על המחקר הקודם שלנו צפינו את קיומו של גנומים ענקיים ב-Tmesipteris. עם זאת, גילוי הגנום הגדול מכולם אינו רק הישג של חקר מדעי, אלא תוצאה של מסע בן כמעט ארבע עשרה שנים אל המורכבות והמגוון הבלתי מוגבלים של גנום הצמחים".
עד כה, מדענים ברחבי העולם העריכו את גדלי הגנום של למעלה מ-20,000 אורגניזמים אוקריוטיים, וחשפו תוך כדי כך מגוון רחב של גדלי גנום על פני עץ החיים. אלה, בתורם, נמצאו כבעלי השפעה עמוקה לא רק על האנטומיה שלהם, שכן גנומים גדולים יותר זקוקים לתאים גדולים יותר כדי לאכלס אותם ולוקח יותר זמן לשכפל אותם, אלא גם כיצד הם מתפקדים, מתפתחים והיכן ואיך הם חיים.
בבעלי חיים, חלק מהגנומים הגדולים ביותר כוללים את דג הריאה המשויש (Protopterus aethiopicus) ב-129.90 Gbp וכלב המים של נהר Neuse (Necturus lewisi) ב-117.47 Gbp. בניגוד גמור, שישה מהגנומים האיקריוטיים הידועים ביותר מוחזקים על ידי צמחים, כולל הדבקון האירופי (אלבום Viscum) ב-100.84 Gbp.
באופן מפתיע, בעל גנום גדול יותר הוא בדרך כלל לא יתרון. במקרה של צמחים, מינים שיש להם כמויות גדולות של DNA מוגבלים להיות צמחים רב שנתיים בצמיחה אטית, הם פחות יעילים ב פוטוסינתזה (התהליך שבו צמחים ממירים את אנרגיית השמש לסוכרים) ודורשים יותר חומרים מזינים (במיוחד חנקן ופוספטים) כדי לגדול ולהתחרות בהצלחה עם שכניהם בעלי הגנום הקטנים יותר. בתורו, השפעות כאלה עשויות להשפיע על יכולתו של צמח להסתגל לשינויי האקלים ועל סכנת ההכחדה שלהם.
הרהורים על גיוון הגנום ומחקר עתידי
ד"ר איליה ליטש, מנהיגת מחקר בכירה – אבולוציה של דמויות, ב-RBG Kew, אומרת: "מי היה מאמין שהצמח הזעיר והצנוע הזה שרוב האנשים כנראה יעברו על פניו ללא הודעה מוקדמת, יוכל לשאת שיא עולמי בגודל הגנום. בהשוואה לאורגניזמים אחרים, צמחים הם מגוונים להפליא כשהם צופים ברמת ה-DNA, וזה אמור לגרום לנו לעצור לחשוב על הערך הפנימי שלהם בתמונה הרחבה יותר של המגוון הביולוגי העולמי. הגילוי הזה גם מעלה שאלות חדשות ומרגשות רבות לגבי הגבולות העליונים של מה שאפשרי ביולוגית, ואנו מקווים לפתור את התעלומות הללו יום אחד".
אדם מילוורד, עורך ראשי של שיאי גינס, אומר: "לחשוב שהשרך התמים למראה הזה מתהדר פי 50 יותר דנ"א מבני אדם זו תזכורת משפילה לכך שעדיין יש כל כך הרבה על ממלכת הצמחים שאנחנו לא יודעים, ושבעלי השיא הם לא תמיד הכי ראוותניים מבחוץ."
המחקר המזהה את גודל הגנום של Tmesipteris oblanceolata בוצע על ידי צוות בינלאומי של חוקרים מהגנים הבוטניים המלכותיים קיו, אוניברסיטת קווין מרי בלונדון, הרבריום של קלדוניה החדשה ומועצת המחקר הספרדית (CSIC).
