Do phosphorus requirements for RNA limit genome size in crustacean zooplankton?

摘要

As for most other organisms, genome size in zooplankton differs widely. This may have a range of consequences for growth rate, development, and life history strategies, yet the causes of this pronounced variability are not settled. Here we propose that small genome size may be an evolutionary consequence of phosphorus (P) allocation from DNA to RNA under P deficiency. To test this hypothesis we have compared the two major groups of zooplankton, copepods and cladocerans, that have overlapping niches and body size. Relative to the cladocerans, copepods have a more complex life history and a lower mass-specific P content, while cladocerans tend to have higher P and RNA contents and higher specific growth rates and frequently experience P-limited growth, likely due to a shortage of P for ribosome synthesis. Cladocerans also generally have smaller genomes than copepods (1C = 0.17-0.63 pg DNA·cell-1 vs. 1C = 0.10-10 pg DNA·cell-1). Furthermore, cladocerans have a higher slope of the relationship of body size with DNA content (1.5 vs. 0.28 in copepods) and present almost 15-fold higher RNA:DNA ratios (24.8 in cladocerans vs. 1.6 in copepods). Hence, small genome size in cladocerans could reflect an evolutionary pressure towards “efficient” genomes to conserve a key element needed to maximize growth rate. We do not claim that this is a universal cause of genome size variability, but propose that streamlining of genomes could be related to P conservation rather than energy conservation. This could be relevant for a range of organisms that may suffer P-limited growth rates.nnComme chez la plupart des autres organismes, la taille du génome varie considérablement chez le zooplancton. Ceci peut avoir toute une série de conséquences sur le taux de croissance, le développement et les stratégies de cycle vital. Pourtant, les causes de cette variabilité prononcée ne sont pas établies. Les auteurs proposent ici qu'un génome de petite taille serait une conséquence évolutive de l'allocation préférentielle du phosphore (P) dans l'ARN plutôt que l'ADN dans des conditions de déficience en P. Pour vérifier cette hypothèse, les auteurs ont comparé les deux grands groupes de zooplancton, les copépodes et les cladocères, qui présentent des niches et des tailles corporelles qui se chevauchent. Par rapport aux cladocères, les copépodes ont un cycle vital plus complexe et un faible contenu en P en fonction de leur masse tandis que les cladocères tendent à afficher des teneurs plus élevées en P et en ARN, des taux spécifiques de croissance plus élevés et ils rencontrent plus fréquemment une limitation de leur croissance due à une pénurie de P, vraisemblablement en raison d'un manque de P pour la synthèse des ribosomes. Ils présentent aussi généralement des génomes plus petits par rapport aux copépodes (1C = 0,17-0,63 pg d'ADN/cellule vs. 1C = 0,10-10 pg d'ADN/cellule). De plus, chez les cladocères, la pente de la relation entre la taille corporelle et le contenu en ADN est plus grande (1,5 vs. 0,28 chez les copépodes). Ainsi, la petite taille du génome chez les cladocères pourrait refléter une pression évolutive favorisant les génomes plus « efficients » afin de conserver un élément clé requis pour maximiser le taux de croissance. Les auteurs n'affirment pas qu'il s'agit là d'une cause universelle de la variabilité de la taille des génomes, mais proposent plutôt que la minimisation des génomes pourrait résulter d'une conservation du P plutôt que d'une conservation de l'énergie. Ceci pourrait s'avérer pertinent pour toute une gamme d'organismes qui peuvent connaître une limitation de leur taux de croissance découlant d'une déficience en P.