Tajemniczy genom paproci drzewiastej

W Sekcji Archeo w Pulsarze prezentujemy archiwalne teksty ze „Świata Nauki” i „Wiedzy i Życia”. Wciąż aktualne, intrygujące i inspirujące.

Paprocie są dziwne. Są zielone i mają liście jak inne rośliny leśne, ale rozmnażają się raczej na modłę grzybów – wysyłając w powietrze chmurę zarodników. Inaczej też od swych nasiennych kuzynów wiele z nich do zapłodnienia nie potrzebuje partnera. W świetle niedawnych badań ich linia rodowa rozeszła się z linią roślin nasiennych przed około 400 mln lat.

I najważniejsze: ich genomy są nadzwyczaj wielkie. Pomimo jednak wyjątkowej fizjologii i pokrewieństwa paproci z roślinami nasiennymi na tę osobliwość genomów nie zwracano dotąd baczniejszej uwagi. Do niedawna znano jedynie dwa (względnie niewielkie) genomy paproci, w porównaniu z ponad 200 w pełni zsekwencjonowanymi genomami roślin kwiatowych. Dopiero teraz poznaliśmy pierwszy całościowy genom paproci drzewiastej z rodzaju pierzastka, co pozwala zrozumieć, jak te przedziwne rośliny zgromadziły tak potężny materiał genetyczny.

„Jeśli chcemy poznać ewolucyjną drogę nasion i kwiatów, najlepiej zacząć od porównania z paprociami” – mówi zajmujący się paprociami botanik w Boyce Thompson Institute na Cornell University Fay-Wei Li, współautor artykułu opublikowanego niedawno w czasopiśmie „Nature Plants”. – Jednak mnie najbardziej interesuje, dlaczego genomy paproci urosły do tak ogromnych rozmiarów”.

Zespół Li wykazał, że DNA tej podobnej do palm paproci drzewiastej zawiera ponad 6 mld par zasad, o miliard więcej niż średnio genomy roślin kwiatowych (u ludzi, dla porównania, występuje około 3 mld par zasad). Z pracy tej wynika, że przed mniej więcej 100 mln lat u któregoś z przodków pierzastki doszło do zdwojenia całego genomu – zjawisko, które, jak zauważa Li, u roślin nie należy do rzadkości.

Nie jest jednak jasne, dlaczego paprocie drzewiaste zatrzymały tak dużo materiału genetycznego, gdy większość roślin kwiatowych powróciła wkrótce po zdyblowaniu do poprzedniego stanu. Najwyraźniej paprocie zachowują swoje chromosomy, zauważa. „Nazywam to hipotezą Marii Kondo. Chromosomy sprawiają radość paprociom, ale nie dają jej roślinom nasiennym”. U roślin rozmnażających się bezpłciowo – wyjaśnia – wielki genom może sprzyjać pojawianiu się korzystnych mutacji i jednocześnie zabezpieczać przed niekorzystnymi. Poza tym paprocie są długowieczne, więc ich ewolucja zachodzi wolniej, a to mogło przyczynić się do zatrzymania nadwyżki materiału genetycznego.

Dzięki sekwencjonowaniu genomu badacze zdołali określić, które geny odpowiadają za powstawanie nietypowego „pnia” paproci, co z pewnością stanowi ważny wkład w zrozumienie narodzin kluczowych elementów wyższych roślin, mówi biolog ewolucyjny Jan de Vries z Georg-August-Universität Göttingen w Niemczech, który nie brał udziału w omawianej pracy. „Ewolucja zachowuje się jak majsterkowicz. Wykazując, jak powstawały funkcjonalne programy molekularne, możemy zrozumieć, jak ona działa i jakie są jej ograniczenia – mówi. – A gdy już to zrozumiemy, będziemy mogli sami podjąć się majsterkowania dla osiągania naszych własnych celów”.

* Japońska prezenterka telewizyjna i autorka kilku książek. Jej metoda organizacji polega na gromadzeniu wszystkich obiektów, a potem zatrzymywaniu tylko tych, które „sprawiają radość”.

Dziękujemy, że jesteś z nami. Pulsar dostarcza najciekawsze informacje naukowe i przybliża wyselekcjonowane badania naukowe. Jeśli korzystasz z publikowanych przez Pulsar materiałów, prosimy o powołanie się na nasz portal. Źródło: www.projektpulsar.pl.