Международная команда исследователей впервые секвенировала полный геном равноспорового папоротника Ceratopteris richardii. Эти растения отличаются огромным количеством ДНК и хромосом, и ученые давно задавались вопросом, почему так получилось. Результаты исследования показали, что в своем геноме папоротник содержит огромное количество мобильных элементов транспозонов и некодирующей ДНК. Кроме того, некоторые гены они, вероятно, «украли» у бактерий. Статья опубликована в журнале Nature Plants.
В своих клетках папоротники содержат огромное количество ДНК и хромосом. Огромные размеры их геномов затрудняют их секвенирование, сборку и интерпретацию. Только сейчас международной команде ученых удалось полностью секвенировать геном Ceratopteris richardii — равноспорового папоротника. К этой обширной группе относятся около 99% всех современных папоротников.
С 1960-х годов наиболее популярным объяснением того, почему папоротники содержат так много ДНК, была многочисленная дупликация всего генома, при которой дополнительный набор хромосом случайно передается потомству. Иногда это может быть полезно, так как все дополнительные гены могут служить основой для эволюции новых признаков. Дублирование всего генома распространено у растений и даже у некоторых животных, но большинство организмов склонны со временем избавляться от лишнего генетического багажа, возвращаясь к меньшим геномам, которые легче поддерживать.
Секвенирование огромного генома Ceratopteris richardii заняло более 8 лет работы и потребовало совместных усилий десятков исследователей из 28 учреждений по всему миру. Исследователи ожидали, что если бы количество ДНК Ceratopteris увеличивалось за счет дупликации, то большая часть его 39 пар хромосом была бы идентичной. Вместо этого авторы обнаружили смесь повторяющихся последовательностей и миллионов транспозонов — коротких фрагментов ДНК, способных перемещаться в рамках генома.
Кроме того, ученые обнаружили у папоротника несколько защитных генов, которые кодируют один из типов порообразующего токсина. Эти токсины связываются с клетками и делают круглые отверстия в клеточной мембране. Через них в клетки попадает вода и вызывает их разрыв. Чаще всего порообразующие токсины встречаются у бактерий. Вместо того чтобы вырабатывать эти вещества самостоятельно, Ceratopteris, по-видимому, получил его непосредственно от бактерий в процессе горизонтального переноса генов. Учитывая, что несколько копий гена были разбросаны по трем разным хромосомам, вполне вероятно, что это происходило не один раз.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
