Megoldották az élő fosszília fa rejtélyét

A Wollemi fenyőt (Wollemia nobilis) egy kiránduló csoport fedezte fel 1994-ben.

A Wollemi fenyőt 2 millió éve kihaltnak vélték, míg egy kiránduló csoport 1994-ben fel nem fedezte. Most a tudósok dekódolták a fenyő genomját, hogy megtudják, hogyan élt túl - majdnem változatlanul - a dinoszauruszok kora óta. A  bioRxiv oldalon augusztus 24-én publikált dolgozat felülvizsgálata még nem történt meg. - írja a Live Science magazin.

1994-ben Ausztráliában, a Wollemi Nemzeti Parkban illegálisan kirándulók a park egy kanyonjában Sydneytől körülbelül 100 kilométerre nyugatra egy furcsa facsoportot fedeztetk fel. Az egyik kiránduló bejelentette a park egyik természettuósának, aki megmutatta a levél példányokat egy botanikusnak. Végül megállapították, hogy egy ősi fajt képvisel, ami lényegében a dinoszauruszok kora óta megdermedt az időben. A Wollemi fenyő (Wollemia nobilis) majdnem ugyanolyan, mint a kréta korszaki (145 millió-66 millió évvel ezelőtt iidőszak) prezervált maradványok.

Mára csak 60 fa van a természetben, és ezeket a szívós túlélőket a régió bozóttüzei fenyegetik.

Most ausztrál, amerikai és olasz tudósok dekódolták a fa genomját, ami fényt derít egyedülálló evolúciójára és reprodukciós szokására, valamint elősegítendő a természetvédelmi munkát is. Egy fenyőnek 26 kromoszómája van és 12.2 billió bázispárt tartalmaz. Összehasonlításképp, az embernek csak körülbelül 3 billió bázispárja van. Genomja mérete ellenére a Wollemi fenyő genetikai diverzitása rendkívül alacsony, ami azt sugallja, hogy szűk keresztmetszetű, vagyis a populáció drámaian lecsökkent körülbelül 10.000-26.000 évvel ezelőtt.

A Wollemi fenyőt (Wollemia nobilis) egy kiránduló csoport fedezte fel 1994-ben. Forrás: https://www.livescience.com/planet-earth/plants/mystery-of-living-fossil-tree-frozen-in-time-for-66-million-years-finally-solved

A növény valóban nem cserélt sok genetikai anyagot. Úgy tűnik a maradvány fák főleg klónozással szaporodnak, sarjadzással, amikor a hajtások megjelennek az tőből és új fákká válnak. Ritkaságuk oka részben a transzpozonok (ugró gének) nagy száma lehet: ezek olyan DNS szakaszok, amik a genomon belül képesek változtatni pozíciójukat. A genom méretéért is ezek az elemek a felelősek. A legkisebb növény genomnak és a legnagyobb növény genomnak majdnem ugyanannyi génje van. A méretbeli nagy különbségek általában a transzpozonoktól származnak. Mivel a transzpozonok új helyekre ugranak, megváltoztatják a DNS molekulákban a betűk szekvenciáját és ezáltal génmutációkat, vagy a génmutációk visszafordítását idézik elő. Hordozhatnak funkcionális DNS-t, vagy megváltoztathatják a DNS-t a beillesztés helyén, ezáltal jelentős hatásuk van egy organizmus evolúciójában. Ha a transzpozonok káros mutációkat indukáltak, hozzájárulhattak a populáció csökkenéshez, melyet egy klímaváltozás és más faktorok felgyorsítottak. Ezek a stresszes körülmények ahhoz vezethettek, hogy a növény klonális szaporodásra váltott.

Mivel a transzpozonok növekedése korrelál a szexuális szaporodással, az aszexuális szaporodásra való átállás csökkenthette a káros mutációk potenciális telepítését. Paradox módon, bár a fák még a szexuális reprodukciótól függtek, a transzpozonok szerepet játszhattak a növekvő genetikai diverzitásban és ennélfogva legalábbis időlegesen reziliensebbé tette őket a változó körülményekhez.

Csak körülbelül 60 Wollemi fenyő van a természetben, melyeket bozóttüzek fenyegetnek. Forrás: https://www.livescience.com/planet-earth/plants/mystery-of-living-fossil-tree-frozen-in-time-for-66-million-years-finally-solved

Az esetek 99%-ában a mutáció valószínűleg nem jó ötlet, de évmilliók alatt 1%-uk segít a fajt előrehaladni és ebben az esetben ennek lehetett egy kis előnye.
A genom dekódolása azt is kimutatta, hogy a Wollemi fenyő miért tűnik érzékenynek a betegségre, különösen a Phytophthora cinnamomi csúcsszáradást okozó patogén vízi penészre. A betegség rezisztens génjeit elnyomja saját RNS-ének egy fajtája, ami a szélesebb levelek fejlődésével áll kapcsolatban. A Wollemi fenyőknek nem úgy mint a legtöbb tűlevelű, széles fenyőtűi vannak.

Egy Wollemi fenyő egy 90 millió éves példányának egy másolat fosszíliája. Forrás: https://www.livescience.com/planet-earth/plants/mystery-of-living-fossil-tree-frozen-in-time-for-66-million-years-finally-solved

Tehát a szélesebb levelek evolúciója a betegség rezisztencia szupressziójához vezethetett és patogén fenyegetések számára hozzáférhetővé tehette a fákat. A P. cinnamomi gyakori a kultúrnövényekben.

Bár csak 4 kis populáció maradt a természetben, a botanikus kertek és más intézmények alaposan szaporítják a fenyőket, hogy konzerválják őket és tanulmányozzák egyedülálló biológiájukat.

A faj az IUCN kritikuan veszélyeztetett fajok listáján van. A Wollemi fenyő genomja nem csak tudományos érdekesség, hanem komoly szerepe van a faj túlélésében.

(Forrás: Live Science: https://www.livescience.com/)