تحتوي أنواع السرخس الصغيرة على جينوم أكبر بخمسين مرة من جينوم البشر

إن النسخة المطبوعة من الجينوم البشري بأكمله ستملأ 220 كتابًا كبيرًا. ولفعل الشيء نفسه بالنسبة لنبات السرخس الصغير الذي يبدو عاديًا والموجود في عدد قليل من جزر المحيط الهادئ، فإن الأمر يتطلب ما يقرب من 11000 كتاب.

النبات يسمى Tmesipteris oblanceolataيحتوي على أكبر جينوم معروف لأي كائن حي، كما اكتشف جاومي بيليسر من معهد النباتات في برشلونة في إسبانيا وزملاؤه.

تحتوي كل خلية في نبات السرخس على 321 مليار حرف – أو زوج أساسي – من الحمض النووي في نواتها. وإذا تم ترتيبها في خط، فإنها ستمتد لحوالي 105 أمتار. يقول بيليسر: “حسب ما نعرفه، هذا هو الأكبر”.

https://www.youtube.com/watch?v=7WRc____oyAc

وبالمقارنة، تحتوي نواة الخلية البشرية على ما يزيد قليلاً عن 6 مليارات زوج قاعدي، أو حوالي 2 متر، من الحمض النووي – أي أقل بنحو 50 مرة من نبات السرخس.

قبل هذا الاكتشاف، كان أكبر جينوم معروف هو نبات مزهر ياباني يسمى باريس جابونيكا، والتي تحتوي على 298 مليار زوج قاعدي في كل نواة، حسبما أفاد بيليسر في عام 2010. أكبر جينوم حيواني معروف هو جينوم السمكة الرئوية الرخامية، بروتوبتيروس إثيوبيكوستحتوي كل نواة على 260 مليار زوج قاعدي.

T. oblanceolata نبات نادر ينمو فقط في بعض جزر كاليدونيا الجديدة وفانواتو في جنوب غرب المحيط الهادئ. وفي عام 2023، جمع بيليسر وزملاؤه عينات من كاليدونيا الجديدة.

ولتحديد حجم جينوم السرخس، استخرجوا نوى الخلايا من سيقانها، وصبغوا الحمض النووي داخل النوى بصبغة الفلورسنت، ثم قاسوا شدة الضوء أثناء مرور النوى تحت كاشف الضوء.

يقول بيليسر إن هناك سببين وراء امتلاك بعض النباتات لجينومات ضخمة. أولاً، تحتوي العديد من النباتات على مجموعات متعددة من الكروموسومات، بدلاً من المجموعتين المعتادتين في الحيوانات. T. oblanceolata لديه ثماني مجموعات من الكروموسومات.

لكن معظم النباتات التي تحتوي على مجموعات متعددة من الكروموسومات لا تزال تحتوي على جينومات صغيرة بشكل عام، كما يقول بيليسر. بل إن العامل الرئيسي هو الفشل في السيطرة على نمو الطفيليات الجينية التي تسمى الترانسبوزونات.

الترانسبوزونات عبارة عن أجزاء من الحمض النووي يمكنها نسخ ولصق نفسها، مما يتسبب في توسع الجينوم بسرعة ما لم تطور الكائنات الحية طرقًا لقمعها أو تمكنت من التخلص من الحمض النووي الزائد. تتكون العديد من الجينومات، بما في ذلك جينومات البشر، إلى حد كبير من تسلسلات متكررة تولدها الترانسبوزونات.

يقول بيليسر إن وجود جينوم ضخم يعد أمرًا سيئًا. يقول: “كل شيء يستغرق وقتًا أطول”. “في كل مرة يتعين على الخلية أن تنقسم، عليها أن تنسخ كل الحمض النووي. لذا كلما زاد عدد الحمض النووي، كلما استغرق تكراره وقتًا أطول.

ويعني ذلك أيضًا أن الخلايا يجب أن تكون أكبر حجمًا لاستيعاب كل الحمض النووي، كما أن المسام الموجودة في الأوراق والسيقان، والتي تسمى الثغور، لا يمكنها الاستجابة بسرعة للتغيرات في البيئة عندما تتكون من خلايا أكبر، كما يقول بيليسر.

وهو يعتقد أن النباتات التي تفشل في التحكم في الينقولات والحد من حجم جينوماتها تميل إلى الانقراض. يقول بيليسر: “لهذا السبب لا نراها إلا في عدد قليل جدًا من الأنساب”. T. oblanceolata ويضيف أن هذه النباتات قد تبقى على قيد الحياة فقط لأن المنافسة أقل حدة في الجزر الصغيرة التي تنمو فيها.

يخطط الباحثون لتسلسل جزء صغير من جينوم السرخس بدلاً من محاولة القيام بذلك للتسلسل بأكمله. ويقول بيليسر إن هذا يرجع إلى افتقارهم إلى القوة الحسابية اللازمة لتجميع وتحليل مثل هذا الجينوم الكبير والمتكرر.

يقول رايان جريجوري من جامعة جيلف في كندا: “من المثير أن نرى أننا مازلنا نجد حدودًا جديدة بشأن حجم محتويات الحمض النووي النووي”. ومع ذلك، هناك بعض الجدل حول كيفية تحديد حجم الجينوم، كما يقول. ويعتقد البعض أنه ينبغي تعريفه على أنه حجم مجموعة واحدة من الكروموسومات، وليس إجمالي كمية الحمض النووي في الخلية، مما يعني أن الرقم القياسي لأكبر جينوم سيذهب إلى السمكة الرئوية الرخامية.

يعرف العديد من علماء الأحياء حجم الجينوم بأنه كمية الحمض النووي الموجودة في خلايا البويضة أو حبوب اللقاح أو الحيوانات المنوية، وهي نصف الكمية الموجودة في الخلايا الطبيعية. ووفقا لهذا التعريف، فإن حجم الجينوم T. oblanceolata هو فقط 160.45 مليار زوج أساسي.