Редкий папоротник попал в Книгу рекордов Гиннесса по количеству ДНК в ядре

Ученые установили, что редкий вид папоротника Tmesipteris oblanceolata, встречающийся на острове Новая Каледония и некоторых соседних архипелагах, имеет самый большой геном среди всех живых организмов.

Род Tmesipteris – малоизученный, но уникальный небольшой род папоротников, включающий около 15 видов, большинство из которых встречаются на островах Тихого океана и в Океании. Растения отличаются преимущественно эпифитным образом жизни, то есть растут на стволах и ветвях деревьев. Предки этого рода появились около 350 млн лет назад – задолго до того, как на Земле возникли динозавры.

В клетке папоротника T. oblanceolata содержится в 50 раз больше ДНК, чем в клетке человека. Растение по количеству ДНК в ядре установило три рекорда Гиннесса: «Самый большой геном растения», «Самый большой геном» и «Самый большой геном папоротника».

T. oblanceolata по объему генома превзошел вид японских цветковых растений Paris japonica, которые удерживали этот рекорд с 2010 года.

Для оценки размера геномов папоротника ученые выделили ядра тысяч клеток, окрасили их, затем измерили количество красителя, которое связалось с ДНК в каждом ядре, – чем больше красителя, тем больше геном.

Ранее ученые оценили размер геномов двух видов Tmesipteris – T. tannensis и T. obliqua, которые содержат гигантские геномы – 73,19 и 147,29 млрд пар оснований соответственно. Настоящий анализ показал, что у вида T. oblanceolata рекордный размер генома – 160,45 млрд пар оснований, что примерно на 7% больше, чем у P. japonica (148,89 млрд пар оснований).

Для сравнения: геном человека содержит около 3,1 млрд пар оснований, распределенных по 23 хромосомам, а длина ДНК в каждой клетке, если ее «растянуть», составляет около 2 м.

На сегодняшний день ученые со всего мира оценили размеры геномов более 20 000 эукариотических организмов. Было установлено, что размер генома оказывает влияние не только на анатомию организмов, поскольку для размещения больших геномов требуются более крупные клетки и необходимо больше времени для их репликации, но и на их функционирование, эволюцию, а также на то, где и как они живут.

Шесть самых больших из известных эукариотических геномов принадлежат растениям, в том числе омеле европейской Viscum album – 100,84 млрд пар оснований.

Наличие более крупного генома обычно не является преимуществом. В случае с растениями виды, обладающие большим количеством ДНК, это медленно растущие многолетники, которые менее эффективны в фотосинтезе, требующие больше питательных веществ (особенно азота и фосфатов) для роста и успешной конкуренции с растениями с меньшим геномом. В свою очередь, наличие крупного генома может повлиять на способность растений адаптироваться к изменению климата и снижает риск их вымирания.

Ученые отмечают, что по сравнению с другими организмами, растения невероятно разнообразны на уровне ДНК, и это должно заставить задуматься об их ценности в общей картине глобального биоразнообразия. Результаты исследования – это скромное напоминание о том, что еще многое не известно о царстве растений и рекордсмены не всегда самые красивые внешне.

Исследование генетических особенностей различных растений, в том числе карантинных видов, помогает понять основы их развития и возможность акклиматизации на новых территориях. В настоящее время специалисты-гербологи Всероссийского центра карантина растений Россельхознадзора (ФГБУ «ВНИИКР») изучают генетические особенности амброзии трехраздельной Ambrosia trifida L. в свете возможного расширения ее ареала. Эти исследования должны прояснить возможность ее распространения на новые территории и помочь в разработке мер по борьбе с данным сорным растением.

Источник: Oriane Hidalgo and Jaume Pellicer et al, A 160 Gbp fork fern genome shatters size record for eukaryotes. iScience (2024). URL: https:doi.org/10.1016/j.isci.2024.109889