Группа ученых из США, Китая и Тайваня опубликовали несколько научных статей в журнале Nature, посвященных эволюции одного из древнейших растений нашей планеты. После многолетней работы исследователи досконально изучили геном трех разных односпоровых папоротников и обнаружили, что за миллионы лет существования они улучшили свою ДНК, в том числе благодаря «краже» генов у других растений и организмов, пишет Science Alert.
В первой статье рассказывается об эволюции односпорового папоротника Adiantum capillus-veneris L. и его влиянии на развитие сосудистых растений, органы которых снабжены сосудисто-волокнистыми пучками. Во второй находятся результаты исследования развития генома папоротника Ceratopteris richardii. Вкупе с майской работой об эволюции древовидного папоротника Cyathea lepifera можно сделать вывод о том, насколько непредсказуема и богата ДНК данного растения.
«Папоротники являются ближайшими живыми родственниками всех семенных растений. Они производят вещество, отпугивающее травоядных, которое может быть полезно для сельского хозяйства. Тем не менее до сих пор у этого вида нет одной последовательности генома», — пишет соавтор одной из статей, генетик Дуг Солтис из Флоридского музея естественной истории.
Во время исследований выяснилось, что в большинстве клеточных ядер Ophioglossum reticulatum содержится около 720 пар хромосом, что делает его рекордсменом среди многоклеточных организмов. С другой стороны, геном папоротника C-fern (Ceratopteris richardii) содержит 7,46 гигабаз ДНК в 39 парах хромосом, что более чем в два раза превышает размер генома человека. Оказалось, все дело в неспособности растений избавляться от «ненужных» данных.
Раньше ученые считали, что особенность генома папоротника заключается в повторяющихся циклах дупликации всей ДНК, при которых потомство организма случайно наследует дополнительные копии всего генома организма и увеличенное количество хромосом. Однако обычно организмы с подобной мутацией со временем адаптируются к изменениям, и геном приходит к обычному, стабильному состоянию. Ученые сделали вывод, что растения не научились избавляться от генного мусора, а вместо этого хранят его бесконечно долго, что приводит к мутациям.
Оказалось, что 85% генома C. richardii и в меньшей степени A. capillus-veneris состоит из транспозонов — участков ДНК организмов, способных к передвижению и размножению в пределах генома. Также выяснилось, что C-fern имеет защиту от определенного токсина, который пробивает дыры в клеточной мембране: это свойство встречается у бактерий, что позволяет предположить, что папоротник «позаимствовал» у них эту особенность.
Олеся Маевская