Eukaryoten, wie Tiere, Pilze, Pflanzen und Sie, tragen Kern-DNA im Zellkern. Die Menge an Kern-DNA variiert von Organismus zu Organismus, und einige Zellen müssen physisch viel mehr DNA enthalten als andere. Die Auswirkungen der DNA-Kapazität wurden bei Pflanzen und Tieren untersucht, aber Dora Čertnerová und Pavel Škaloud haben sie untersucht wie sich Genomgrößenvariationen auf einzellige Algen auswirken.
Es mag seltsam erscheinen, jetzt einen einzelligen Organismus zu untersuchen, und dass Biologen klein angefangen hätten, bevor sie sich zu vielzelligen Organismen hochgearbeitet hätten. Čertnerová und Škaloud weisen auf eine Datenlücke hin, die ihrer Meinung nach durch die Herausforderungen bei der Arbeit mit einzelligen Arten verursacht wird. Sie sagen, dass Biologen oft mit einem bestimmten Stamm eines Organismus arbeiten und so einen Großteil der Vielfalt in einer Art herausfiltern, bevor sie mit der Arbeit beginnen. Infolgedessen wurde wenig in Bezug auf die Variation der Genomgröße innerhalb der Spezies in einzelligen Organismen unternommen.
Um dieses Problem anzugehen, entschieden sich Čertnerová und Škaloud für ein Studium Synura petersenii. S. petersenii ist eine weltweit verbreitete Süßwasseralge. Es hat ein unverwechselbares Aussehen dank der Kieselschuppen, die es über der Zelloberfläche wächst. Es gibt viele leicht unterschiedliche Formen, und es wurde vermutet, dass es sich nicht um eine Art handelt, sondern tatsächlich um eine Art ein Artenkomplex sehr ähnlicher Arten. In der Tat haben einige neuere Arbeiten bereits einige verschiedene Arten aus dem Komplex unterschieden.
Die Botaniker wollten die intraspezifische Variabilität der Genomgröße in einer Alge beschreiben und dann weitere Fragen stellen. Gibt es phänotypische oder physiologische Konsequenzen für die Genomgröße? Und variiert das Genom mit dem ökogeografischen Standort?
Sie sammelten über hundert Stämme von S. petersenii von über sechzig Orten in der nördlichen Hemisphäre und schauten, wie viel Kern-DNA die Algen hatten. Sie fanden heraus, dass einige Algen je nach untersuchter Zelle mehr als doppelt so viel Kern-DNA haben könnten wie andere Algen derselben Art. Was verursacht die Unterschiede?
Erstens sind Wissenschaftler Menschen und Werkzeuge haben Grenzen, könnte dies also auf einen Fehler zurückzuführen sein? „Aufgrund des robusten FCM-Protokolls, der konsistenten Methodik und der allgemein hohen Präzision unserer Analysen sind wir davon überzeugt, dass die Messfehler nicht wesentlich zur Variation der Genomgröße beigetragen haben. Unter Berücksichtigung des zweifachen Unterschieds zwischen der niedrigsten und der höchsten Schätzung der Genomgröße scheinen alternierende Lebenszyklusstadien oder Ereignisse zur Verdoppelung des gesamten Genoms (Polyploidisierung) wahrscheinliche Erklärungen zu sein“, schreiben die Autoren in ihrem Artikel. Obwohl sie auch einen Fehler in dieser Erklärung feststellen.
„Keiner dieser Mechanismen kann jedoch die einzige Quelle für die beobachtete Vielfalt sein Synura da es keine diskreten Genomgrößenkategorien gab, die die inhärenten Ploidieverschiebungen widerspiegeln würden. Ein weiteres Argument gegen die alternierenden Lebenszyklusstadien ist, dass Stämme, die nach Wochen (oder zwei Jahren) erneut analysiert wurden, mehr oder weniger stabile Schätzungen der Genomgröße aufwiesen.“
Sie argumentieren, dass eine andere Erklärung die Existenz vieler wäre transponierbare Elemente (TEs). Das sind Teile des Genoms, die sich darin bewegen können. Duplikationen würden dem Genom Teile hinzufügen, und Čertnerová und Škaloud können Duplikationen ganzer Chromosomen nicht ausschließen.
Eine andere Erklärung, die sie vorschlagen, ist kryptische Vielfalt und so weiter S. petersenii beschreibt immer noch eine Reihe von Arten. Das Problem bei der Isolierung einer einzelnen Art könnte darauf zurückzuführen sein, wie die Alge lebt.
"Synura petersenii ist eine Kolonieart und es ist im Allgemeinen unbekannt, ob die Kolonien aus genetisch identischen Zellen bestehen oder mehrere Genotypen (Stämme) kombinieren können. Da die Kulturen für diese Studie aus jeweils einer Zellkolonie angelegt wurden und immer eine einheitliche Genomgröße hatten, nehmen wir an, dass Stämme unterschiedlicher Genomgröße an einem Ort in gut getrennten Kolonien koexistieren“, schreiben Čertnerová und Škaloud.
„Unsere Ergebnisse können das Szenario nicht ausschließen, in dem sich verschiedene Genomgrößenkategorien befinden S. petersenii sind mit Fortpflanzungsbarrieren gekoppelt und spiegeln so die kryptische Vielfalt innerhalb des Taxons wider.“
Die Wissenschaftler fanden heraus, dass der Unterschied in der Genomgröße Folgen für die Alge hatte. Zellen mit mehr DNA waren größer, wuchsen aber langsamer. Die Korrelation war nicht so eng wie bei anderen Arten. Dies, sagen die Autoren, könnte darauf zurückzuführen sein, dass die Tests innerhalb einer Art durchgeführt werden – oder jener S. petersenii ist in der Lage, auf unterschiedliche Temperaturen und Nährstoffkonzentrationen zu reagieren.
Die Autoren fanden auch kein offensichtliches ökogeografisches Muster der Genomverteilung. Tatsächlich fanden sie Orte, an denen Algen mit unterschiedlich großen Genomen nebeneinander existierten. Es ist noch nicht klar, was diese Unterschiede bedeuten, sagen Čertnerová und Škaloud. „Ob diese Stämme mit Fortpflanzungsbarrieren verbunden sind (was auf eine kryptische Vielfalt im Inneren hindeutet S. petersenii) blieb ungelöst, obwohl die vorherrschende klonale Reproduktion der Art auch ohne sie wesentlich zur Aufrechterhaltung der lokalen Genomgrößendiversität beitragen könnte.“
Titelbild: canva.
