In un nuovo studio, i ricercatori dei Giardini Botanici Reali di Kew e dell’Institut Botànic de Barcelona (IBB-CSIC) in Spagna hanno studiato la felce biforcuta, la nuova detentrice del record per la più grande quantità di DNA immagazzinato nel nucleo di qualsiasi essere vivente o organismo sul pianeta.
Il peculiare genoma della felce biforcuta
Con oltre 100 metri di DNA rintracciato, si è scoperto che la specie di felce biforcuta della Nuova Caledonia Tmesipteris oblanceolata contiene più di 50 volte più DNA di quello umano e ha detronizzato la specie di pianta da fiore giapponese Paris japonica, che detiene questo record dal 2010.
Inoltre, la felce biforcuta ha ottenuto tre titoli da Guinness World Records per il genoma di pianta più grande, il genoma più grande e il genoma di felce più grande per la quantità di DNA nel nucleo.
T. oblanceolata è una rara specie di felce che si trova nello stato insulare della Nuova Caledonia, un territorio francese d’oltremare situato nel Pacifico sud-occidentale, a circa 750 miglia a est dell’Australia, e in alcune isole vicine come Vanuatu. Il genere Tmesipteris è un gruppo poco studiato di piante composto da circa 15 specie, la maggior parte delle quali si trovano in una serie di isole del Pacifico e dell’Oceania.
Lo studio
Fino a ora, gli scienziati hanno stimato la dimensione dei genomi solo di due specie di Tmesipteris: T. tannensis e T. obliqua: si è scoperto che entrambi contengono genomi giganteschi, rispettivamente a 73,19 e 147,29 coppie di gigabase (Gbp).
Nel 2023, gli autori principali, il dottor Jaume Pellicer e la dottoressa Oriane Hidalgo, dell’IBB ed ex RBG Kew, si sono recati in Nuova Caledonia per raccogliere campioni di felce biforcuta, che sono stati poi analizzati per stimare la dimensione dei loro genomi.
Questo ha comportato l’isolamento dei nuclei di migliaia di cellule, la colorazione con un colorante e la misurazione della quantità di colorante legato al DNA all’interno di ciascun nucleo: maggiore è la quantità di colorante, più grande è il genoma.
L’analisi ha rivelato che la specie T. oblanceolata ha una dimensione del genoma da record di 160,45 Gbp, che è circa il 7% più grande di quella di P. japonica (148,89 Gbp).
Una volta svelato, il DNA di ciascuna cellula della felce biforcuta sarebbe più alto della Elizabeth Tower a Westminster, Londra, che è alta 96 metri e ospita la famosa campana del Big Ben. Per fare un confronto, il genoma umano contiene circa 3,1 Gbp distribuiti su 23 cromosomi e, se allungato come un gomitolo, la lunghezza del DNA in ciascuna cellula misura solo circa 2 metri.
Il dottor Pellicer, ricercatore in biologia evoluzionistica, ha affermato: “La felce biforcuta è un piccolo genere unico e affascinante di felci, i cui antenati si sono evoluti circa 350 milioni di anni fa, ben prima che i dinosauri mettessero piede sulla Terra, e si distingue per il suo comportamento prevalentemente epifita. Cresce principalmente sui tronchi e sui rami degli alberi e ha una distribuzione limitata in Oceania e in diverse isole del Pacifico”.
“Per molto tempo abbiamo pensato che battere il precedente record di dimensioni della Paris japonica sarebbe stata una missione impossibile, ma ancora una volta i limiti della biologia hanno superato le nostre previsioni più ottimistiche“.
“Sulla base delle nostre ricerche precedenti, abbiamo previsto l’esistenza di genomi giganti nella felce biforcuta. Detto questo, la scoperta del genoma più grande di tutti non è solo un’impresa di esplorazione scientifica, ma il risultato di un viaggio di quasi quattordici anni nella complessità sconfinata e la diversità dei genomi delle piante“.
Ad oggi, gli scienziati di tutto il mondo hanno stimato le dimensioni del genoma di oltre 20.000 organismi eucarioti, rivelando nel processo un’ampia gamma di dimensioni del genoma in tutto l’albero della vita. Si è scoperto che questi, a loro volta, hanno un profondo impatto non solo sulla loro anatomia, poiché i genomi più grandi necessitano di cellule più grandi per ospitarli e impiegano più tempo per replicarsi, ma anche su come funzionano, si evolvono e dove e come vivono.
Conclusioni
Avere un genoma più grande di solito non è un vantaggio. Nel caso delle piante, le specie che possiedono grandi quantità di DNA si limitano ad essere piante perenni a crescita lenta, sono meno efficienti nella fotosintesi (il processo mediante il quale le piante convertono l’energia solare in zuccheri) e richiedono più nutrienti (soprattutto azoto e fosfati) per crescere e competono con successo con i loro vicini dal genoma più piccolo. A loro volta, tali effetti possono influenzare la capacità di una pianta di adattarsi ai cambiamenti climatici e il rischio di estinzione.
La dottoressa Ilia Leitch, Senior Research Leader—Character Evolution, presso RBG Kew, ha spiegato: “Chi avrebbe mai pensato che la felce biforcuta piccola e senza pretese, davanti alla quale la maggior parte delle persone probabilmente passerebbe senza preavviso, potesse detenere un record mondiale in termini di dimensioni del genoma“.
“Rispetto ad altri organismi, le piante sono incredibilmente diverse se viste a livello del DNA, e questo dovrebbe farci soffermare a pensare al loro valore intrinseco nel quadro più ampio della biodiversità globale. Questa scoperta solleva anche molte nuove ed entusiasmanti domande sui limiti superiori di quello che è biologicamente possibile, e speriamo di risolvere questi misteri un giorno”.
Adam Millward, caporedattore del Guinness World Records, ha concluso: “Pensare che questa felce dall’aspetto innocuo vanti 50 volte più DNA di quello umano è un importante promemoria del fatto che c’è ancora così tanto sul regno vegetale che non conosciamo, e che i detentori del record non sono sempre i più appariscenti all’esterno”.
La ricerca è stata pubblicata sulla rivista iScience.
