Самая большая ДНК среди всех организмов на Земле у скромного папоротника: его геном в 50 раз больше, чем у человека

Ученые обнаружили, что ДНК новокаледонского папоротника Tmesipteris oblanceolata, имеет длину более 100 метров, то есть, в 50 раз больше, чем у ДНК человека. Папоротник превзошел на 7% японское цветковое растение Paris japonica, которое удерживало рекорд по длине ДНК с 2010 года.

Tmesipteris oblanceolata — редкий вид папоротника, встречающийся на островном государстве Новая Каледония, заморской территории Франции, расположенной в юго-западной части Тихого океана, примерно в 1200 километрах к востоку от Австралии. Встречается растение и некоторых соседних островах, таких как Вануату.

Род Tmesipteris представляет собой мало изученную группу растений, состоящую примерно из 15 видов, большинство из которых встречаются на островах Океании. До сих пор ученые оценили размер геномов только двух видов Tmesipteris — T. tannensis и T. obliqua, и было показано что у них гигантские геномы с 73 миллиарда и 147 миллиардов пар оснований.

В 2023 году ведущие соавторы работы доктор Жауме Пеллисер и доктор Ориан Идальго отправились в Новую Каледонию, чтобы собрать образцы Tmesipteris, которые затем были проанализированы для оценки размера их геномов. Для этого были выделены и окрашены ядра тысяч клеток, а затем подсчитано, сколько красителя связалось с ДНК внутри каждого ядра: чем больше красителя, тем больше геном.

Предыдущим рекордсменом по величине генома в мире было цветущее растение Paris Japonica. Анализ показал, что вид T. oblanceolata имеет рекордный размер генома 160,45 миллиарда пар оснований, что примерно на 7% больше, чем у P. japonica (148,89 миллиарда пар оснований).

Если размотать ДНК каждой клетки этого папоротника, то длина ДНК окажется больше, чем высота Башни Елизаветы в Вестминстере в Лондоне, высота которой составляет 96 метров. Для сравнения, геном человека содержит около 3,1 миллиарда пар оснований, распределенных по 23 хромосомам, а если его размотать, как клубок пряжи, длина ДНК в каждой клетке составляет около 2 метров. А у нового рекордсмена — более 100 метров.

Доктор Пеллисер говорит: «Tmesipteris — это уникальный и удивительный род папоротников, чьи предки появились около 350 миллионов лет назад — задолго до того, как динозавры ступили на Землю. Он растет в основном на стволах и ветвях деревьев в очень небольшом ареале в Океании».

Ученые долгое время были уверены, что побить рекорд Paris Japonica — невозможно, но природа превзошла самые смелые прогнозы.

На сегодняшний день ученые всего мира оценили размеры геномов более чем 20 000 эукариотических организмов и обнаружили очень широкий диапазон размеров. Было обнаружено, что размер генома оказывает глубокое влияние на анатомию организмов, поскольку более крупные геномы нуждаются в более крупных клетках для их размещения и требуют больше времени для репликации. Размер генома влияет и на то, как они функционируют, развиваются, где и как живут.

Среди животных крупнейшие геномы у мраморной двоякодышащую рыбу (Protopterus aethiopicus — 129,90 миллиардов пар оснований) и у водяной собаки реки Нойз (Necturus lewisi — 117,47 миллиардов пар оснований). Но шесть крупнейших известных эукариотических геномов принадлежат растениям.

Как отмечают ученые, наличие большего генома обычно не является преимуществом. Растения, обладающие большими ДНК, медленно растут, менее эффективны при фотосинтезе и требуют больше питательных веществ (особенно азота и фосфатов). Им трудно конкурировать со своими соседями с меньшим геномом. Эти трудности могут повлиять на способность растений адаптироваться к изменению климата и повышают риск их исчезновения. За рекорды и славу приходится дорого платить.

Адам Миллуорд, управляющий редактор Книги рекордов Гиннеса, говорит: «Мысль о том, что этот скромный папоротник может похвастаться в 50 раз большим ДНК, чем у человека, является напоминанием о том, что в царстве растений мы еще очень много не знаем, и что рекордсмены не всегда самые эффектные снаружи».