Геном человека состоит из 3 миллиардов пар оснований ДНК. Но это ничто по сравнению с новокаледонским папоротником (Tmesipteris oblanceolate), растением, произрастающим на нескольких островах Тихого океана. Его геном содержит ошеломляющие 160 миллиардов пар оснований, что делает его самым большим геномом, когда-либо обнаруженным, сообщают исследователи в журнале iScience. Это открытие может помочь ученым понять, как геномы становятся такими большими и как эти огромные наборы генов влияют на адаптивность и выживание видов.
ДНК состоит из пар оснований — двух молекул, соединенных водородными связями. Самый маленький геном, обнаруженный к настоящему времени, принадлежит паразиту млекопитающих Encephalitozoon кишечный, с ничтожными 2,25 миллионами пар оснований.
Геномы растений, как правило, крупнее, и ученые знают, что растения с относительно большими геномами, как правило, живут дольше, медленнее размножаются и более уязвимы к стрессу окружающей среды. Но нет четкой связи между размером генома организма и его физической или физиологической сложностью. Размер генома не сильно коррелирует с анатомической или организменной сложностью.
Группа ученых под руководством Жауме Пеллисера из Ботанического института Барселоны исследовали, какую роль повторяющиеся последовательности ДНК сыграли в эволюции растений с исключительно большими геномами.
Зная, что папоротники часто имеют особенно длинные участки повторяющейся ДНК, команда обратилась за анализом к вилочному папоротнику. Это растение ничем не выделяется в тропических лесах нескольких островов Тихого океана, включая Новую Зеландию и Новую Каледонию, где оно встречается, отмечает Пеллисер. «Это не цветущее растение, поэтому оно не привлекает много внимания. Думаю, красота внутри».
Исследователи использовали проточную цитометрию, лазерный метод, который анализирует характеристики клеток, чтобы подсчитать колоссальные 160 миллиардов пар оснований папоротника. Это на 11 миллиардов больше, чем у предыдущего рекордсмена генома — японского цветкового растения под названием Paris japonica. Но «вопрос на миллион долларов», говорит Пеллисер, заключается в том, почему папоротник обладает таким массивным геномом.
Есть два основных способа, которыми растения обладают сверхбольшими геномами. Одним из них является полное копирование генома внутри ядра, известное как полиплоидия. Другой — набор повторяющихся некодирующих последовательностей ДНК. «Раньше мы называли эти последовательности мусорной ДНК», — говорит Пеллисер. Но теперь исследователи «знают, что у них есть возможность внедряться в близлежащие гены и наделять их новыми функциями или заглушать их».
«Тем не менее, трудно представить», — говорит Бирнбаум, — что производство огромных количеств некодирующей ДНК дает какое-то селективное преимущество папоротнику. Это невероятное бремя — создавать ДНК для каждой клетки, а затем упаковывать ее и затем защищать».
Несмотря на то, что исследователи продолжают размышлять над тем, почему папоротник-вилковидный имеет такой обширный геном, они сомневаются, что найдут много эукариотических организмов с геномами, которые существенно больше. «Мы хорошо понимаем геномы разных семейств организмов», — говорит Пеллисер, и папоротник, вероятно, близок к верхнему пределу. «Если мы и не находимся на верхней границе шкалы, — говорит он, — то мы близки к ней».
