El genoma m¨¢s grande del planeta lo tiene un peque?o helecho

El ¨¢rbol de la vida tiene estas cosas. Un helecho, que puede parecer un organismo no demasiado complejo, resulta que es el ser vivo con el genoma m¨¢s grande. Crece en Nueva Caledonia (isla de Ocean¨ªa bajo soberan¨ªa francesa) y si se pudieran poner los 160.750.000.000 pares de bases de su ADN uno encima del otro, se elevar¨ªa hasta los 100 metros, 50 veces m¨¢s que el ADN humano. El descubrimiento plantea nuevas preguntas sobre cu¨¢nto material gen¨¦tico se puede almacenar en las c¨¦lulas y sobre la falta de correlaci¨®n entre complejidad y gen¨¦tica.

Sobre los troncos ca¨ªdos de las selvas de Nueva Caledonia crece el Tmesipteris oblanceolata, un helecho que pertenece a un g¨¦nero de plantas vasculares de las que apenas hay una quincena de especies. Se sab¨ªa que al menos dos de sus primas hermanas ten¨ªan genomas gigantes. Pero hasta ahora, el organismo que conten¨ªa el ADN con un mayor n¨²mero de pares de bases era otra planta, la Paris Japonica. Ahora varios investigadores de los que caracterizaron la longitud gen¨¦tica de la P. japonica, han descubierto que el genoma de la T. oblanceolata es un 7% mayor.

En un nuevo estudio publicado en la revista cient¨ªfica iScience, investigadores del Real Jard¨ªn Bot¨¢nico de Kew (Reino Unido) y del Institut Bot¨¤nic de Barcelona (IBB-CSIC) presentan los resultados de su trabajo con este helecho, demostrando que cuenta con la mayor cantidad de ADN almacenado en el n¨²cleo de sus c¨¦lulas de cualquier organismo vivo eucariota del planeta. Si fuera un ovillo por desliar, el T. oblanceolata se extender¨ªa entre 105 y 106 metros. ¡°No es una planta ic¨®nica, no tiene flores, ni es llamativa. De hecho, es un hierbajo que, si no lo est¨¢s buscando, lo pisotear¨ªas sin darte cuenta¡±, dice Jaume Pellicer, investigador del Institut Bot¨¤nic. ¡±Ni siquiera parece un helecho, no se parece a la imagen tradicional que tenemos de ellos. Pero tiene algo que le hace especial, tiene un genoma gigante¡±, recuerda.

¡°No es una planta ic¨®nica, no tiene flores, ni es llamativa. De hecho, es un hierbajo que, si no lo est¨¢s buscando, lo pisotear¨ªas sin darte cuenta¡±

Jaume Pellicer, investigador del Institut Bot¨¤nic de Barcelona (IBB-CSIC)

En 2023, Pellicer y su colega del IBB Oriane Hidalgo, viajaron a Nueva Caledonia para recoger muestras de Tmesipteris, que luego analizaron para estimar el tama?o de sus genomas. En su versi¨®n resumida, el proceso necesita aislar los n¨²cleos de miles de c¨¦lulas, te?irlos con un tinte fluorescente y luego medir cu¨¢nto tinte se hab¨ªa unido al ADN dentro de cada n¨²cleo: cuanto m¨¢s tinte, m¨¢s grande era el genoma. ¡°Para calcular el tama?o, usamos patrones internos, plantas cultivadas como la del guisante, el arroz o el tomate, que se conocen muy bien¡±, cuenta Pellicer. En este caso, el est¨¢ndar que usaron fue el del ajo, que es la planta cultivada con un mayor n¨²mero de pares de bases, en su caso, 34 gigabases (Gbp, por sus siglas en ingl¨¦s; cada una son 1.000 millones de pares de bases). Por comparaci¨®n, el genoma humano contiene alrededor de 3,2 Gbp distribuidos en 23 cromosomas y, cuando se estira, la longitud del ADN en cada c¨¦lula apenas supera los dos metros.

¡°Tmesipteris es un peque?o g¨¦nero ¨²nico y fascinante de helechos, cuyos antepasados evolucionaron hace unos 350 millones de a?os, mucho antes de que los dinosaurios pisaran la Tierra, y se distingue por su h¨¢bito principalmente ep¨ªfito [que crece principalmente en troncos y ramas de ¨¢rboles]¡±, dice Pellicer. En una entrevista por videollamada, reconoce que cuando cifraron el genoma de la P. japonica a?os atr¨¢s, creyeron haber llegado al l¨ªmite, que no podr¨ªa haber otro organismo m¨¢s grande en t¨¦rminos gen¨¦ticos. ¡°La hip¨®tesis de que quiz¨¢s no hab¨ªa mayor diversidad se basaba en que no habr¨ªa posibilidad de mantener biol¨®gicamente un genoma m¨¢s all¨¢ de las 150 gigabases. Est¨¢bamos equivocados¡±, a?ade.

Un genoma tan grande tiene sus costes. Requiere m¨¢s recursos energ¨¦ticos a la hora de replicar el ADN, de dividir las c¨¦lulas. En las c¨¦lulas m¨¢s grandes, la integridad de la estructura f¨ªsica requiere de un aporte mayor de energ¨ªa. Es m¨¢s costoso a nivel metab¨®lico. ¡°Por eso pensamos que los hace menos ventajoso a la hora de adaptarse a los cambios constantes, tanto clim¨¢ticos como de contaminaci¨®n¡±, explica Pellicer. Tienen unos ciclos reproductivos que son mucho m¨¢s lentos porque el ciclo celular es mucho m¨¢s largo que en una planta con un genoma peque?o. Y la demanda de nutrientes que requieren para construir los ¨¢cidos nucleicos es mucho mayor. ¡°As¨ª que creemos que, a lo largo de la evoluci¨®n, han ido siendo eliminados¡±, a?ade Pellicer. De hecho, termina, ¡°los genomas gigantes son la excepci¨®n, a pesar de la extraordinaria diversidad de tama?os gen¨®micos que hay, la gran mayor¨ªa de plantas tienen genomas peque?os o muy peque?os, por eso nos interesan tanto¡±.

Los bi¨®logos la conocen como la paradoja del valor C: el tama?o del genoma no se correlaciona con la complejidad del organismo y eso les ha roto la cabeza durante d¨¦cadas. ¡°Se pensaba que cuando m¨¢s complejo era un organismo, mayor deb¨ªa ser el tama?o de su genoma. Ahora sabemos que no es as¨ª¡±, comenta el investigador del IBB. ¡°Y principalmente se debe a que la mayor parte del genoma est¨¢ compuesto de secuencias de ADN repetitivas, lo que se ha venido llamando ADN basura porque se cre¨ªa que no ten¨ªa funci¨®n alguna¡±, a?ade.

Ninguno de los diez organismos con mayor genoma podr¨ªa ser, visto con ojos humanos, un ser vivo muy complejo. Adem¨¢s de la T. oblanceolata y la P. japonica, en la lista aparece otro helecho del g¨¦nero de la primera y el mu¨¦rdago europeo, que cierra la lista, con 100,84 Gbp. En este top ten solo hay cuatro animales, como el pez pulmonado jaspeado (129,90 Gbp) o el perro de agua del r¨ªo Neuse (117,47 Gbp), emparentado con las salamandras.

Pol Fern¨¢ndez, coautor del estudio y tambi¨¦n del IBB da algunas razones sobre el orden de la lista de los mayores genomas: ¡°La mayor¨ªa son plantas y es que a nivel gen¨®mico son capaces de ser viables haciendo muchos procesos de hibridaci¨®n. Cuando hay estos genomas tan gigantes es porque ha habido much¨ªsimas duplicaciones de genomas, amplificaciones de elementos repetidos y esto en plantas sabemos que es mucho m¨¢s frecuente y da especies viables m¨¢s frecuentemente que en animales¡±.

Hasta la fecha, cient¨ªficos de todo el mundo han estimado el tama?o del genoma de m¨¢s de 20.000 organismos eucariotas, revelando en el proceso una amplia gama de tama?os de genoma en todo el ¨¢rbol de la vida. Se ha descubierto que estos, a su vez, tienen un profundo impacto no solo en su anatom¨ªa, ya que los genomas m¨¢s grandes necesitan c¨¦lulas m¨¢s grandes para albergarlos y tardan m¨¢s en replicarse, sino tambi¨¦n en c¨®mo funcionan, evolucionan y d¨®nde y c¨®mo viven.

¡°?Qui¨¦n hubiera pensado que esta planta peque?a y sencilla, sobre la que la mayor¨ªa de la gente probablemente pasar¨ªa sin darse cuenta, podr¨ªa tener un r¨¦cord mundial en tama?o de genoma?¡±, concluye Ilia Leitch, de Real Jard¨ªn Bot¨¢nico de Kew, en una nota. Y a?ade: ¡°En comparaci¨®n con otros organismos, las plantas son incre¨ªblemente diversas en cuanto al ADN, y eso deber¨ªa llevarnos a pensar sobre su valor intr¨ªnseco en el panorama m¨¢s amplio de la biodiversidad global. Este descubrimiento tambi¨¦n plantea muchas preguntas nuevas y apasionantes sobre los l¨ªmites superiores de lo que es biol¨®gicamente posible, y esperamos resolver estos misterios alg¨²n d¨ªa¡±.

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