Ученые расшифровали геном "ископаемой" сосны

В 1994 году туристы обнаружили группу странных деревьев, растущих в каньоне национального парка Воллеми, примерно в 100 километрах к западу от Сиднея, Австралия. Один турист уведомил об этом натуралиста из службы парка, который затем показал образцы листьев ботанику. В конечном итоге было установлено, что они представляют древний вид, который по существу застыл во времени с тех пор, как динозавры бродили по Земле. 

Сосна Воллеми (Wollemia nobilis), которую некоторые называют «живым ископаемым», почти идентична сохранившимся останкам, датируемым меловым периодом (145–66 миллионов лет назад). Сейчас в дикой природе насчитывается всего 60 таких деревьев. Считалось, что они вымерли около 2 миллионов лет назад. 

Теперь ученые из Австралии, США и Италии расшифровали геном сосны, проливая свет на его уникальную эволюцию и репродуктивные привычки, а также помогая усилиям по сохранению вида. Статья была размещена в базе данных препринтов bioRxiv 24 августа и не пока прошла рецензирование. 

У сосны 26 хромосом, содержащих ошеломляющие 12,2 миллиарда пар оснований. Для сравнения, у людей всего около 3 миллиардов пар оснований. Несмотря на размер генома, сосны Воллеми имеют чрезвычайно низкое генетическое разнообразие, что позволяет предположить, что они существовали в узком месте (когда популяция резко сократилась) примерно 10 000–26 000 лет назад. 

Эти деревья не обмениваются большим количеством генетического материала. Они, по-видимому, размножаются в основном путем клонирования себя путем подлески — при этом отростки выходят из основания и становятся новыми деревьями.

Их редкость может быть частично связана с большим количеством транспозонов или «прыгающих генов» — участков ДНК, которые могут менять свое положение в геноме. Эти элементы также определяют размер генома. «Самый крошечный геном растения и самый большой геном растения содержат почти одинаковое количество генов. Большие различия в размерах обычно возникают из-за транспозонов», — поясняет Джеральд Шенкнехт, директор программы исследования генома растений Национального научного фонда. 

По мере того, как транспозоны перемещаются в новые места, они могут изменять последовательность «букв» в молекуле ДНК, тем самым вызывая или обращая вспять мутации в генах. Они могут нести с собой функциональную ДНК или изменять ДНК в месте вставки и, таким образом, оказывать существенное влияние на эволюцию организма. 

По мнению исследователей, если транспозоны вызывают вредные мутации, они способствуют сокращению численности популяции. Эти стрессовые условия могли привести к тому, что растение перешло к клональному размножению. Поскольку увеличение количества транспозонов коррелирует с половым размножением, переход к бесполому размножению мог снизить потенциальное появление ими вредных мутаций. Парадоксально, но хотя деревья все еще зависели от полового размножения, транспозоны, возможно, сыграли роль в увеличении генетического разнообразия и, таким образом, по крайней мере временно сделали их более устойчивыми к изменяющимся условиям. 

Расшифровка генома также выявила, почему сосна Воллеми оказывается восприимчивой к болезням, в частности, к Phytophthora cinnamomi, патогенной водной плесени, вызывающей отмирание. Гены устойчивости дерева к болезням подавляются типом собственной РНК, которая связана с развитием более широких листьев. Сосны Воллеми, в отличие от большинства хвойных, имеют широкую хвою.