Геном хищной пузырчатки опровергает представление о важности большого количества некодирующей ДНК для сложной жизни

Новое исследование, которое появится в журнале Nature, предлагает неожиданное понимание: подавляющее большинство некодирующей ДНК, которой много у многих живых существ, может не быть необходимым для сложной жизни.

Ключ к разгадке лежит в геноме хищного растения пузырчатки (Utricularia gibba).

Геном U. gibba — самый маленький из когда-либо секвенированных у сложных многоклеточных растений. Исследователи заявляют, что 97% генома составляют гены (участки ДНК, кодирующие белки) и небольшие фрагменты ДНК, контролирующие эти гены.

Учёные полагают, что растение на протяжении многих поколений активно удаляло некодирующую "мусорную" ДНК из своего генетического материала. Это может объяснить разницу между пузырчаткой и видами с большим количеством "мусора", такими как кукуруза, табак и человек.

Международная исследовательская группа под руководством Laboratorio Nacional de Genómica para la Biodiversidad (LANGEBIO) в Мексике и Университета в Буффало сообщит о своих выводах 12 мая в Advanced Online Publication в Nature.

Ключевой вывод

"Основная история в том, что только 3% генетического материала пузырчатки — это так называемая "мусорная" ДНК, — сказал профессор Виктор Альберт. — Каким-то образом это растение удалило большую часть того, что составляет растительные геномы. Это говорит о том, что у вас может быть совершенно нормальное многоклеточное растение с множеством различных клеток, органов, типов тканей и цветов, и оно может обойтись без этого "мусора". "Мусор" не нужен".

Механизмы и эволюция

Исследователи утверждают, что увеличение количества генетического "мусора" может происходить не по причине его полезности. Вместо этого, у некоторых видов может быть внутренняя, механистическая предрасположенность к удалению большого количества некодирующей ДНК, в то время как у других есть предрасположенность к вставке и дупликации ДНК.

Положение, которое организмы занимают на этой шкале, частично зависит от степени, в которой давление естественного отбора Дарвина способно противодействовать или усиливать эти внутренние предрасположенности.

Особенности пузырчатки

Пузырчатка — сложное растение, живущее в водных средах обитания. Оно имеет специализированные методы охоты, используя вакуум в крошечных пузырьках для захвата добычи.

Геном U. gibba содержит около 80 миллионов пар оснований ДНК — ничтожно мало по сравнению с другими сложными растениями. Удаление некодирующей ДНК, по-видимому, объясняет большую часть этой разницы в размере. При этом U. gibba имеет около 28 500 генов, что сопоставимо с родственными видами, такими как виноград (геном ~490 млн пар оснований) и томат (геном ~780 млн пар оснований).

Парадокс дупликации

Небольшой размер генома U. gibba ещё более удивителен, учитывая, что вид претерпел три полных удвоения генома с тех пор, как его эволюционная линия отделилась от линии томата.

"Эта удивительно богатая история дупликаций в сочетании с нынешним небольшим размером генома пузырчатки является дополнительным доказательством того, что растение было очень активно в удалении несущественной ДНК, но при этом сохранило функциональный набор генов, аналогичный генам других видов растений", — говорит профессор Луис Эррера-Эстрелла.