Entdeckung: Eine Pflanze hat das größte Genom der Welt und könnte Schlüsselinformationen für ihr Überleben enthalten

Es ist ein Fötus mit 160.000 Millionen Basenpaaren. Die Art heißt Tmesipteris oblanceolate, und ihr Genom ist 53 Mal größer als das des Menschen.

Fötale Genetik. — Das größte Genom der Welt befindet sich in einem winzigen Fötus, der auf den Pazifikinseln wächst.

Das Genom ist die vollständige Gebrauchsanweisung eines Organismus. Beim Menschen umfasst diese Gebrauchsanweisung etwa 3 Milliarden Basenpaare, die sich in den 23 Chromosomenpaaren im Kern jeder Zelle befinden.

Die Sequenzierung des Genoms bedeutet die Bestimmung der genauen Reihenfolge in einem DNA-Abschnitt.

Die Entschlüsselung dieser 3 Milliarden Paare hat mehr als zwei Jahrzehnte gedauert, obwohl sich die Entschlüsselungsprozesse in den letzten Jahren exponentiell beschleunigt haben. Dies ist dem wissenschaftlichen Fortschritt und dem Einsatz neuer Technologien zu verdanken, die es uns jetzt sogar ermöglichen, das Genom zu "bearbeiten".

Ein vielleicht ebenso intensives oder sogar noch größeres Unterfangen ist die Aufgabe, das Genom einer neukaledonischen Farnart (Tmesipteris oblanceolate) zu entschlüsseln, das erstaunliche 160 Milliarden Basenpaare umfasst. Das ist 53 Mal mehr als das menschliche Genom und damit das größte bisher beobachtete.

Zum Vergleich: 160 Milliarden Basenpaare bedeuten eine enorme Menge an DNA, die einem 100 Meter hohen Turm entsprechen würde, wenn man sie enträtseln könnte. Im Vergleich dazu würde das menschliche Genom mit seinen 3 Milliarden Paaren nur 2 Meter hoch sein. Bei dem fraglichen Fötus handelt es sich um eine Blattpflanze mit Ranken, die auf mehreren Pazifikinseln heimisch ist. Die Entdeckung und die anschließende Analyse könnten den Wissenschaftlern helfen zu verstehen, wie und warum manche Genome so groß werden und wie diese riesigen Gensätze die Anpassungsfähigkeit und das Überleben von Arten beeinflussen.

Föten — Farne gehören zu einer Pflanzengattung, deren Altertum auf das Mitteldevon vor etwa 400 Millionen Jahren zurückgeht.

Im Allgemeinen sind Pflanzengenome tendenziell länger, und diese Eigenschaft ist mit der Anzahl der Jahre verbunden, die diese Arten zu leben pflegen. Andere Eigenschaften, die man erwähnen könnte, sind langsame Fortpflanzung und Anfälligkeit für Umweltstress, ohne dass dies zu der - wahrscheinlich falschen - Annahme führt, dass lange Genome komplexe Organismen bedeuten.

Eine Entdeckung, die zufällig geschah

Jaume Pellicer, Forscher am Botanischen Institut Barcelona und Hauptautor eines kürzlich in der Zeitschrift Sience veröffentlichten Artikels, versicherte, dass er mit dieser Entdeckung nicht die Absicht habe, in die Rekordbücher einzugehen. Die Realität ist, dass sie auf die Entdeckung stießen, als sie untersuchten, welche Rolle repetitive DNA-Sequenzen bei der Evolution von Pflanzen mit sehr großen Genomen spielen.

Da das Team wusste, dass Föten oft über sehr lange Abschnitte repetitiver DNA verfügen, beschloss es, Tmesipteris oblanceolate weiter zu untersuchen.

In den Regenwäldern der wenigen pazifischen Inseln, auf denen sie lebt, darunter Neuseeland und Neukaledonien, kommt die Pflanze nicht vor. Es hat keine Blumen oder Attribute, die es optisch auszeichnen, obwohl seine Schönheit vielleicht – wie Pellicer versicherte – darin liegt.

Warum die Genomgröße wichtig ist

Um die Berechnung durchzuführen und 160 Milliarden Basendurchgänge im Fötus zu ermitteln, verwendeten die Forscher Durchflusszytometrie, eine laserbasierte Technik, die zelluläre Eigenschaften analysiert. Das sind 11 Milliarden mehr als der bisherige Genom-Rekordhalter, eine japanische Blütenpflanze namens Paris japonica.

gen — Der größte Teil des Genoms besteht aus sich wiederholenden DNA-Sequenzen (bekannt als Junk-DNA), von denen man früher annahm, dass sie keine Funktion hätten.

Es gibt zwei Hauptwege, auf denen Pflanzen aus besonders großen Genomen entstehen. Eine davon ist die vollständige Kopie des Genoms im Zellkern, die sogenannte Polyploidie. Die andere besteht darin, dass es eine Gruppe sich wiederholender, nicht kodierender DNA-Sequenzen (früher „Junk-DNA“ genannt) gibt, die die Fähigkeit besitzen, sich in benachbarte Gene einzufügen und ihnen neue Funktionen zu verleihen oder sie zum Schweigen zu bringen.

Pflanzengenome sind tendenziell stärker, und Wissenschaftler wissen, dass Pflanzen mit relativ großen Genomen tendenziell länger leben. Laut Pellicer ist es wahrscheinlich, dass sich dieser Fötus nahe der Obergrenze befindet, das heißt, er befindet sich im Bereich der Arten mit dem größten Genom und möglicherweise gleichzeitig mit der größeren Überlebensrate.