Папоротник с Новой Каледонии оказался обладателем самого большого генома среди всех эукариот

Ботаники обнаружили нового рекордсмена по размеру генома среди эукариот. Им оказался эпифитный папоротник Tmesipteris oblanceolata, распространенный на острове Новая Каледония и некоторых соседних архипелагах. Как сообщается в статье для журнала iScience, в геноме этого растения 160,45 миллиарда пар оснований — в 50 с лишним раз больше, чем у человека.

Размер генома в разных группах эукариот варьируется в очень широких пределах. Самый маленький он у одноклеточных паразитов микроспоридий Encephalitozoon intestinalis: всего 2,6 миллиона пар нуклеотидных оснований на ядро гаметы. Для сравнения, геном человека состоит из 3,1 миллиарда пар оснований. При этом в царстве животных самым большим геномом обладают двоякодышащие рыбы мраморные протоптеры (Protopterus aethiopicus) (129,9 миллиарда пар оснований), а абсолютным рекордсменом по этому показателю среди всех эукариот с 2010 года считается растение японский вороний глаз (Paris japonica) (148,89 миллиарда пар оснований).

Команда ботаников под руководством Хауме Пельисера (Jaume Pellicer) из Института ботаники в Барселоне обнаружила растение, которое обладает еще более крупным геномом. В центре их внимания оказался род эпифитных папоротников Tmesipteris, распространенный в Австралии, Новой Зеландии, а также на Новой Каледонии и некоторых других архипелагах Тихого океана. Согласно предыдущим исследованиям, по крайней мере у двух из примерно пятнадцати видов этих растений очень большой геном: у T. tannensis из Новой Зеландии в нем 73,19 миллиарда пар оснований, а у T. obliqua из Восточной Австралии — 147,29 миллиарда пар оснований.

Воспользовавшись методом проточной цитометрии, Пельисер и его коллеги оценили размер генома у еще одного папоротника из рода Tmesipteris — а именно T. oblanceolata с Новой Каледонии и нескольких соседних архипелагов. В результате выяснилось, что у данного вида в ядре гаметы содержится 160,45 миллиарда пар нуклеотидных оснований — на семь процентов больше, чем у японского вороньего глаза, и в 50 с лишним раз больше, чем у человека. Это новый рекорд для эукариотических организмов.

По словам исследователей, выдающийся размер генома T. oblanceolata, скорее всего, связан с тем, что он потенциально является октоплоидом. Это значит, что в соматических клетках спорофита у него находится по восемь копий каждой хромосомы. Ранее октоплоидия была показана для уже упомянутого вида T. obliqua. Следует отметить, что в целом неоднократное удвоение числа хромосом распространено среди папоротников довольно широко. При этом представленные несколькими копиями участки ДНК у них не элиминируются, а лишь выключаются из процесса синтеза белка за счет регуляторных механизмов, что приводит к накоплению большого количества хромосом и увеличению размера генома.

Теоретически среди папоротников могут быть обнаружены обладатели еще более крупных геномов. Однако Пельисер и его коллеги считают маловероятным, что каким-либо представителям данной группы удастся заметно превзойти рекорд T. oblanceolata. Животным и покрытосеменным растениям также вряд ли удастся приблизиться к нему. По мнению авторов, их открытие очерчивает нижние и верхние границы размера эукариотического генома — и указывает, что самый маленький эукариотический геном примерно в 61000 раз меньше самого большого. Благодаря этим сведениям биологи смогут подобраться к ответу на вопрос, почему некоторые живые организмы обзавелись такими большими геномами.

Ранее ботаники выяснили, что древовидный папоротник Cyathea rojasiana из джунглей Панамы умеет превращать стареющие вайи — листоподобные органы — в корни. Так растение увеличивает объем почвы, из которой получает питательные вещества, компенсируя тем самым сильный дефицит азота.