Een kleine varen blijkt een grotere hoeveelheid DNA in zijn celkernen te hebben dan alle andere organismen op aarde waarvan het genoom in kaart is gebracht – waaronder wij mensen.
Tot die conclusie komt een internationaal team van onderzoekers in het blad iScience. Een hoofdrol is in hun studie weggelegd voor Tmesipteris oblanceolata, een vrij zeldzame varen die voorkomt op enkele eilanden in de Stille Oceaan. Eerder bogen wetenschappers zich al over de genomen van twee familieleden: T. tannensis en T. obliqua. Beide varens bleken gigantische genomen te hebben die respectievelijk uit 73,19 en 147,29 gigabasenparen bestonden (1 gigabasenparen is 1.000.000.000 basenparen). Maar nieuw onderzoek onthult nu dat het genoom van T. oblanceolate nóg groter is. Het blijkt 160.45 gigabasenparen te tellen. En dat is een record (zie kader).
In 2010 stelden onderzoekers vast dat de Japanse plant Paris japonica het grootste genoom ooit gezien, bezat. Maar dat plantje verliest het nu van T. oblanceolata. Het genoom van de kleine varen is namelijk 7 procent groter dan dat van P. japonica. “Lang dachten we dat het breken van het voorgaande record, neergezet door Paris japonica een onmogelijke missie was,” stelt onderzoeker Jaume Pellicer. Maar daar moeten de wetenschappers nu dus op terugkomen. Want ondanks zijn gigantische, uit 148,89 gigabasenparen opgebouwde genoom moet P. japonica nu toch zijn meerdere erkennen in T. oblanceolata.
De cellen van T. oblanceolata bezitten dus recordbrekend veel DNA> En maar liefst 50 keer meer DNA dan in onze cellen te vinden is. Waar elke cel in ons lichaam ongeveer 2 meter DNA herbergt, is in de cellen van T. oblanceolata maar liefst meer dan 100 meter DNA te vinden! En waar ons genoom 3,1 gigabasenparen telt, telt het genoom van T. oblanceolata dus 160,45 gigabasenparen. “Wie had gedacht dat dit kleine, weinig indrukwekkende plantje waar de meeste mensen waarschijnlijk aan voorbij zouden lopen zonder het ook maar op te merken, een recordbrekend omvangrijk genoom zou herbergen?” stelt onderzoeker Ilia Leitch. “Te bedenken dat deze onschuldig uitziende varen 50 keer meer DNA bevat dan mensen, is een bescheiden makende herinnering dat er nog zoveel is dat we niet weten over het plantenrijk, en dat recordhouders aan de buitenkant niet altijd de meest opvallende verschijningen zijn.”
20.000 eukaryoten
Tot op heden hebben onderzoekers van ongeveer 20.000 eukaryoten (een domein waar planten, dieren, schimmels en eencellige protisten toe behoren) vastgesteld hoe groot het genoom is. Dieren met een groot genoom zijn wellicht ook tamelijk onverwachte kandidaten, zoals de longvis Protopterus aethiopicus (129,90 gigabasenparen) en de salamander Necturus lewisi (117,47 gigabasenparen). Maar planten, zoals T. oblanceolata en P. japonica – voeren de ranglijst dus – zeer overtuigend – aan.
Voor nu. Want T. oblanceolata is een recordhouder onder ‘slechts’ 20.000 bestudeerde organismen. De komende jaren zullen ongetwijfeld nog veel meer genomen worden uitgeplozen en de grote vraag is of T. oblanceolata de ranglijst dan kan blijven aanvoeren. “We kunnen niet uitsluiten dat er in de toekomst nog grotere genomen zullen worden ontdekt,” zo schrijven de onderzoekers in hun studie. Maar met het oog op de nadelen die gigantische genomen met zich meebrengen (zie ook het kader hieronder) verwachten ze eigenlijk dat het genoom van T. oblanceolata qua omvang toch wel de bovengrens is of zich in ieder geval zeer dicht bij die bovengrens bevindt.
Het onderzoek naar de genomen van dieren, planten, schimmels en protisten heeft inmiddels wel uitgewezen dat de omvang van genomen van soort tot soort flink verschilt. En die verschillen blijken ook weer van invloed te zijn op de anatomie van soorten. Zo vereist een groter genoom doorgaans ook grotere cellen om dat genoom in te kunnen huisvesten. Maar ook blijken soorten met een groter genoom wat anders te functioneren, evolueren en leven. Een groter genoom is daarbij overigens niet direct voordelig, zo benadrukken onderzoekers. Zo blijken planten met grote hoeveelheden DNA in hun cellen bijvoorbeeld vaak traag te groeien, minder efficiënt te fotosynthetiseren en meer voedingsstoffen nodig te hebben om te kunnen groeien en succesvol met hun buren – gezegend met een kleiner genoom – te kunnen concurreren. En dat alles kan ook weer van invloed zijn op hoe goed een plant zich aan kan passen aan veranderingen in zijn omgeving (zoals klimaatverandering) en de kans op uitsterven zelfs vergroten. Het roept natuurlijk de vraag op waarom sommige planten zo’n enorm genoom ontwikkelen en andere juist niet. Meer onderzoek is echter nodig om dat te kunnen verklaren.
