Ceratopterus richardii, C veida paparde. (Deivids Rendāls / Rietumsidnejas universitāte) Papardēs ir kaut kas ļoti savdabīgs.
Viņu DNS ir dīvaina un sarežģīta. Faktiski viena papardes suga - Ophioglossus tīklveida , jeb summētājas mēles paparde – tai pieder rekords daudzšūnu organismam ar lielāko hromosomu skaitu. Apmēram 720 pāru hromosomu var atrast lielākajā daļā tās šūnu kodolu.
Nu, izrādās, mums bija tiesības būt aizdomīgiem.
Pēc gadiem ilga rūpīga darba zinātnieki beidzot ir sekvencējuši trīs dažādu homosporu paparžu milzīgos genomus, atklājot, ka šie kaitīgie augi ne tikai uzkrāj DNS, bet arī ir zaguši to no citiem organismiem — un to dara miljoniem gadu.
'Katrs genoms stāsta citu stāstu,' saka ģenētiķis Dags Soltiss no Floridas Dabas vēstures muzeja, viena no rakstiem līdzautors.
'Papardes ir visu sēklu tuvākie dzīvie radinieki, un tie ražo zālēdājiem ķīmiskus atbaidīšanas līdzekļus, kas var būt noderīgi lauksaimniecības pētniecībā. Tomēr līdz šim tie ir palikuši pēdējā lielākā zaļās dzīves līnija bez genoma secības.
Trīs papardes genomi ir aprakstīti trīs atsevišķos dokumentos.
Papīrs par lidojošo zirnekļa pērtiķa papardi ( Alsophila spinulosa ) bija publicēts maijā iekšā Dabas augi. Šonedēļ tai pievienojas dokumenti par jaunava paparde ( Adiantum matu pavasaris ) un C-paparde ( Ceratopteris richardii ), kas gadu desmitiem ir pētīts kā paraugorganisms.
Soltis piedalījās C-papardes papīra izstrādē kā zinātnieku komandas daļa no 28 iestādēm visā pasaulē. Viņu darbs bija Hēraklija pūliņš, kas prasīja vairāk nekā astoņus gadus, lai izveidotu C-papardes genomu.
Rezultāts: genoms, kas satur 7,46 gigabāzes DNS savos 39 hromosomu pāros, kas ir vairāk nekā divas reizes lielāks par cilvēka genomu.Un tas ir radījis diezgan interesantus pārsteigumus, ziņo pētnieki.
Agrāk zinātnieki ir attiecinājuši papardes milzīgos genomus un lielo hromosomu skaitu ar atkārtotām visa genoma dublēšanās kārtām, kurās organisma pēcnācēji nejauši manto papildu visa organisma genoma kopijas. Tas ir izplatīts augos un var sniegt dažas priekšrocības, piemēram, strauju attīstību un novirzes.
Tomēr organismiem, kas to saskaras, ir tendence iziet īsu pielāgošanās periodu, kurā tiek zaudēta lielākā daļa dublikātu, kā rezultātā tiek iegūts normāls genoms. Atšķirībā no papardes.
'Tas ir bijis galvenais diskusiju punkts pēdējā pusgadsimta laikā, un tas ir novedis pie visa veida pretrunīgiem rezultātiem.' saka botāniķis un līdzautors Daniels Bleins Maršants no Stenfordas universitātes.
'Mēģinājums noskaidrot evolūcijas procesu, kas ir šī paradoksa pamatā, ir neticami svarīgi.'
Atbilde bija DNS C. richardii . Papardes hromosomās ir nevis identiskas DNS sadaļas, kas būtu sagaidāmas, ja būtu iesaistīta dublēšanās, bet gan šķebinošs atkārtotu fragmentu un lūžņu, ģenētisko atlieku, kas ir uzkrājies augā, sajaukums.
Astoņdesmit pieci procenti no C. richardii Genoms sastāv no tiem transposoni , DNS sekvences, kas var pārvietoties, un šī proporcija tika novērota arī A. Matu-piektdiena .
'Funkcionālos gēnus atdala liels daudzums atkārtotas DNS,' saka botāniķe Pama Soltisa no Floridas Dabas vēstures muzeja.
'Un, lai gan mēs vēl neesam pārliecināti, kā Ceratopteris un citi papardes genomi kļuva tik lieli, ir skaidrs, ka dominējošais viedoklis par atkārtotām genoma dublēšanās epizodēm netiek atbalstīts.
Lai arī kā tas notika, šķiet, ka papardes vienkārši neefektīvi izdala nevēlamo DNS. Tā vietā viņi to glabā uz nenoteiktu laiku kā krājējs, kurš vienkārši nezina, kad viņiem varētu noderēt šī atvilktne, kas pilna ar izžuvušām pildspalvām.
Bet komanda arī atrada pierādījumus tam C. richardii ir mānīgs mazs DNS zaglis.
Papardes genomā ir aizsardzība pret konkrētu toksīnu, kas izdara caurumus šūnas membrānā. Šīs aizsargspējas parasti ir sastopamas baktērijās, kas liecina, ka paparde to ieguva no baktērijām, izmantojot procesu, ko sauc par horizontālo gēnu pārnesi (kas patiesībā ir diezgan izplatīta parādība baktēriju vidū ).
Šo aizsardzības gēnu kopijas parādās dažādās auga daļās, kas liecina, ka šī pārnešana notika vairākas reizes. Tātad, šķiet, ka paparde gūst zināmu labumu no sava laupījuma augļiem, un, iespējams, šis labums ir arī aizsargājošs, norāda pētnieki.
Un arī diezgan pārsteidzoši un ģeniāli.
'Horizontālās gēnu pārneses mehānismi joprojām ir viena no vismazāk pētītajām zemes augu evolūcijas jomām.' Soltis saka .
“Pēc evolūcijas laika tas ir mazliet kā vinnēt loterijā. Ikreiz, kad augs tiek ievainots, tā iekšpuse ir jutīga pret mikrobu invāziju, bet to DNS iekļaušana genomā šķiet pārsteidzoši.
Jūs nekad vairs neskatīsities uz savām papardēm tāpat vien.
Papīri par A. spinulosa , A. Matu-piektdiena , un C. richardii ir publicēti Dabas augi . Tos var atrast attiecīgi šeit , šeit , un šeit .