Descifrando el caso del genoma del helecho gigante

Los seres humanos, como muchos organismos complejos, tienen grandes genomas que contienen los códigos de nuestras vidas. ¿Quieres explicar tu cabello oscuro, tus pómulos delgados y tu temor existencial? Mire 46 cromosomas y tres mil millones de pares de bases de nucleótidos.

Pero estos números no son comparables con el genoma de otro organismo, que contiene el doble de pares de bases y el triple de cromosomas. ¿Es un pulpo? ¿Elefante? orca? No, es un helecho araña volador.

El helecho arborescente mono araña volador, una planta resistente que se encuentra en el sudeste asiático, tiene hojas planas que se extienden en un círculo en la parte superior de su tallo, y es solo una de las muchas plantas que liberan esporas y tienen un genoma enorme. Lo que explica o requiere mucho ADN es lo que Fei-Wei Lee, botánico del Instituto Boyce Thompson, llama «la pregunta más importante en el genoma del helecho».

En mayo, el Dr. Lee dirigió un equipo de serie El genoma completo del helecho araña mono volador, tratando de obtener una respuesta. fue solo la tercera vez El ADN de un helecho fue mapeado exactamente, y la primera vez que se secuenció un helecho con un genoma muy grande. la semana pasada dos más Los trabajos de investigación, publicados en Nature Plants, revelaron que el helecho culantrillo y el «helecho C» (Ceratopteris richardii, un helecho que se usa a menudo como modelo de vida in vitro) tienen genomas similares en amplitud al helecho araña voladora.

Este lote de investigación, aún en preparación, desafía una hipótesis de medio siglo de antigüedad sobre los genes de los helechos. Aunque no sella el estado del genoma del helecho, podría «decirnos mucho sobre la evolución del genoma en su conjunto», dijo Blaine Marchant, el botánico de la Universidad de Stanford que dirigió la secuenciación de C-Fern.

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«Han sido décadas de suplicar, ‘¡Oigan, helechos, necesitamos hacer que esto suceda!'», dijo Eric Schutbles, un botánico de la Institución Smithsonian que no participó en la última investigación. “Estos son tiempos realmente emocionantes”.

No está del todo claro por qué algunos organismos tienen genomas más grandes o más cromosomas que otros; Las plantas y los animales que contienen muchos genes no son necesariamente más complejos en términos físicos o de comportamiento. El actual poseedor del récord de la mayor cantidad de pares de bases – 149 mil millones – es una planta con flores con el nombre científico Paris japonica; El poseedor del récord de la mayor cantidad de cromosomas, 1440, es el helecho lengua de serpiente. Ambas plantas son pequeñas, y en cuanto a los seres vivos, no tiene pretensiones.

Una explicación común para los genomas grandes se denomina poliploidía o duplicación del genoma completo. Normalmente, durante la reproducción, dos gametos (células con la mitad del número de cromosomas originales) se unen para formar un cigoto, con un conjunto completo de genes. Pero cuando estos gametos se forman por primera vez, es posible que los pares de cromosomas no se separen por completo, lo que da como resultado un cigoto con un genoma dos veces más grande que el de los padres. Esto parece haber ocurrido temprano en la evolución de las plantas con flores, pero la selección natural ha eliminado la mayoría de los genes diploides después de decenas de millones de años.

Los helechos están estrechamente relacionados con las plantas con flores, pero tienen aproximadamente el 20 por ciento de los pares de bases en su genoma. Durante años, los científicos se han preguntado por qué sucede esto. Luego, en 1966, Se ha publicado un artículo en Science afirmando que los helechos, muchos de los cuales se reproducen asexualmente, obtuvieron una ventaja evolutiva de la duplicación del genoma. Los autores argumentaron que los genes adicionales esencialmente proporcionan cromosomas de repuesto que ayudan a prevenir enfermedades genéticas.

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Fue un «artículo realmente conmovedor y muy creativo», dijo Pamela Soltis, botánica del Museo de Historia Natural de Florida que ayudó a secuenciar C-Fern. Pero, ¿los genomas de los helechos contienen realmente signos de duplicación masiva, o simplemente eran grandes? Para confirmar la teoría, se necesita la secuenciación de algunos de estos grandes genomas.

Finalmente, este año sucedió, y las secuencias no mostraron evidencia de poliploidía. Nada de eso resultó, dijo el Dr. Soltis. “De hecho, solo hay evidencia de dos posibles duplicaciones en todo este linaje, que tienen cientos de millones de años.. «

C-Fern parece haber adquirido su gran genoma principalmente a partir de ADN repetitivo y elementos transponibles, «genes saltadores» que a menudo se mueven en los cromosomas, con una función poco conocida. Para el Dr. Soltis, la secuencia ofreció una conclusión a la antigua hipótesis de la poliploidía de los helechos. «Creemos que ese es el clavo en el ataúd para eso», dijo.

Pero el Dr. Lee no estaba convencido de eso. El ADN del helecho araña volador contenía evidencia de una duplicación completa del genoma hace unos 100 millones de años, y el genoma se ha mantenido notablemente estable desde entonces. Es un caso extraño, pero parece reforzar la idea de que la poliploidía proporcionó a la planta un tallo evolutivo. «Un tipo de genoma respalda esta hipótesis y el otro no», dijo.

Esto era algo en lo que todos los estudiosos de los helechos estaban de acuerdo. «La publicación de más y más conjuntos de genomas de helechos para comparar hará que las conclusiones sean más informativas», dijo el Dr. Marchant.

El Dr. Soltis dijo: «Si queremos comprender aspectos de las plantas con flores, por ejemplo, debemos poder compararlas en su contexto histórico evolutivo. No hubo referencia hasta la publicación de estos dos grandes genomas».

El Dr. Soltis ha estado involucrado en esfuerzos recientes para secuenciar el genoma. Todas las formas conocidas de vida en la Tierra. Reconoció que el proyecto era ambicioso y también lo era la ciencia. «Para entender cómo funciona algo en cualquier organismo, incluidos nosotros mismos, hay que mirar su fuente y cuál es su contexto antes de asumir cualquier trabajo que tenga ahora», dijo.

El Dr. Lee agregó: «Entonces, ¿qué necesitamos? Necesitamos más genomas».

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