Paradox hodnoty C

Zvětšit obrázek

Paris japonica z čeledi kýchavicovité je od nynějška organismem s největším genomem na světě. Nejen, že pokořila genom lidský, ale z trůnu sesadila i bahníka. (Credit: Karl Kristensen, Denmark)

Jeden by soudil, že čím je organismus na stromu života evolučně výše, tím je složitější a že bude mít i delší genetický kód. Jenže chyba lávky, málo v čem má příroda takový binec, jako právě v délce genomu. Zatímco ten náš je zhruba tak velký jako ho má ječmen, jemu příbuzná pšenice nás několikanásobně předčí. Dokonce i jednobuněčná měňavka má 200x větší genom než člověk. Podobně tomu je i u hmyzu. Tam má malá banánová muška stokrát delší genom než třeba saranče. Učeně se tomuto nepořádku říká „paradox hodnoty C“ a neznamená to nic jiného, než že velikost genomu organismu (C) není v korelaci s jeho komplexitou.  I když se vědci snaží příčině přijít na kloub od počátku 20. století, kdy byla DNA objevena, zatím nám nezbývá než nad tím kroutit hlavou a brát na vědomí, že některé organismy toho mají v buňkách málo a jiné hodně. A protože to nijak nesouvisí s tím, zda jde o rostlinu či živočicha, tělo velké či malé, ani zda je mladé nebo sešlé věkem. Je jedno, zda jde o "potvoru mořskou či suchozemní" a nerozhoduje ani jak vysokou příčku v evolučním žebříčku mnohobuněčných zaujímá, čas od času se náhodně přijde na nějaký ten extrém. Tak tomu je i nyní, kdy rostlina pokořila obratlovce.   

Zvětšit obrázek

Parazit Encephalitozoon intestinalis je organismem s nejmenším genomem. (Kredit: J.M. Orenstein )

Nejmenší a největší
Se zcela nejmenším genomem (0,0023 pg DNA) si vystačí náš parazit (Encephalitozoon intestinalis). Jeho hostitel (člověk) se může pochlubit zhruba třemi pikogramy DNA v jádře. To znamená, že ten náš genom je 1300 krát větší. Ale i ten bledne ve srovnání s tím, co mají v buňkách obojživelníci. Ty zase překonala vzdušnicovitá ryba bahník mramorovaný (Protopterus aethiopicus)který má v jádře každé buňky více jak stovku pikogramů DNA (132,83 pg). Zdálo se, že s tak informacemi napěchovaným jádrem již afrického přeborníka přezdívaného „leopardí ryba" v pozici světové jedničky nemá šanci nikdo ohrozit. Rostlinám v tomto směru dosud vévodil řebčík asyrský (Fritillaria assyriaca). Se svými  úctyhodnými 110 000 miliardami bází se mu dařilo být v čele 34 let. Začátkem tohoto roku ale holandská výzkumná skupina u kříženeců rodu Trillium (hexaploidní rostlina) zjistila genom ještě o 4 % větší. Na bahníka ale i to bylo málo. Nyní britští vědci z Jodrell Laboratory hlásí nový rekord, který všechny dosavadní pokořil. Ilia Leitch, členka týmu objevitelů komentovala úspěch slovy: "Byli jsme ohromeni, když se ukázalo, že nepatrná rostlina má tak obrovský genom. Je tak velký, že kdybyste jeho vlákno spustili z Big Benu, ještě by se ho kus válel po zemi.“ Big Ben je pojmenování Velkého westminsterského zvonu, ale hovorově se používá také pro celou hodinovou věž Westminsterského paláce v Londýně. Věž se tyčí nad severovýchodní stranou paláce, ve kterém zasedá parlament a právě její výšku měl autor citátu na mysli.

Zvětšit obrázek

Bahníci se vyskytují v Americe, Asii i Africe. Ten mramorovaný žije v Nilu ale daří se mu i v jezerech Konga, Keni, Ugandy a Sudánu. Je zapsán v Guinessově knize rekordů, ale o prvenství jej právě připravila Paris japonica. Bahníci jsou s to dýchat jak ve vodě, tak i na vzduchu. Větev bahníků a latimerií nastartovala vývoj, na jehož konci povstal i náš živočišný druh. (Kredit: Wikipedia)

Význam neznáme, dopady ano
I když skutečný důvod rozmařilosti přírody ve velikosti genomů neznáme, nějaký být musí. Už proto, že „mít ho velký“ s sebou nese celou řadu problémů. Vytvářet gigantické množství DNA, na němž je jen zhruba 1,5 % genů a ostatní je „balast“, svého nositele energeticky vyčerpává. Nejde totiž jen o větší potřebu živin k syntéze nadbytečné DNA. Mnohem náročnější je celou tuto již vytvořenou informační masu udržovat v chodu a při každém dělení buňky hlídat, aby se nějak nezvrhla. A protože se taková komplikace týká všech buněk těla, někde se to „provalit“ musí. Zřejmě proto jsou organismy s velkým genetickým haraburdím více ohroženy vyhynutím. Jsou méně přizpůsobivé žít ve znečištěném prostředí a méně ochotně tolerují extrémní podmínky.

Zvětšit obrázek

Vraní oko, které se vyskytuje i u nás je s novou rekordmankou blízce příbuzné. (Kredit: Kocna, P.)

Dalším komplikací provázející gigantické genomy je doba potřebná k jejich kopírování. Platí to jak pro zvířata, tak rostliny. Čím více je DNA, tím déle buňce trvá jí duplikovat. To samozřejmě protahuje celý životní cyklus a tak není náhoda, že mnoho rostlin žijících v poušti, které musí rychle využít krátkého období dešťů, má genomy malé. Pomaleji se vyvíjející druhy s velkými genomy jsou z takového prostředí vytlačovány. I když ani to neplatí obecně.

A kdo že je novým oslavencem?
Trvalka Paris japonica, neboli Kinugasa japonica (Kinugasaso). Rostlinka, která se nyní těší velké oblibě skalničkářů. V zemi původu je ale zcela obyčejnou krycí rostlinou vytvářející v přirozených řídkých lesích severního Japonska koberce hustého porostu. Je jediným zástupcem svého rodu. Kvete v červnu velkými bílými květy. Plodem jsou nachové bobule. Dospělá rostlina může být až metr vysoká a nejlépe se jí daří na svažitém mírně stíněném terénu. Vyžaduje humusem bohatou, provzdušněnou, kyselejší půdu. Pokud se jí rozhodnete pěstovat, buďte připraveni, že než se z šoku přesazení probere, může rok až dva trucovat a teprve pak vykvete. Je příbuznou trvalkám rodu Trillium, například trojčetce. Ta je ostatně také přebornici v délce genomu. Z těch u nás rostoucích rostlin je Paris japonica spřízněna s vraním okem a spolu s ním patří do čeledi kýchavcovité.

Má se zato, že podobně jako jiné obrovské genomy i kinugasa k němu přišla polyploidizací  (genomovou multiplikací). Jde o jev, kdy počet chromozomových sad překročí dvě a tento proces je u rostlin poměrně běžný. Polyploidům, tím jak mají geny vyjádřeny vícekrát, se zpravidla zvýší míra transkripce a jejich metabolismus je aktivnější. Dorůstají proto větších rozměrů a tak je často najdeme u kulturních rostlin. Mezi triploidy patří některé jabloně, banánovník, citrusy, vodní meloun. Tetraploidní jsou pšenice, bavlna, brambor, zelí, tabák i podzemnice olejná. K hexaploidům řadíme pšenice, oves, kiwi, tritikale. Kinugasa s největším genomem na světě patří k oktoploidům a řadí se tak po bok cukrové třtině, jahodám, jiřinám a maceškám. Má čtyřicet chromozomů a v každé buňce má napěchováno 149 miliard párů bází, což je padesátkrát více než má člověk. Bahník, kterého japonská rostlina sesadila z trůnu, má “pouhých” 130 miliard.

Několik odkazů na obrázky Paris japonica:
http://www.hillkeep.ca/images/Kinugasa_japonica_IMGP6623x.jpg
http://www.hillkeep.ca/images/Kinugasa_japonica_IMGP6624x.jpg
http://www.flickr.com/photos/40295335@N00/4862238370/

Prameny: Royal Botanic Gardens, Kew.