ニューカレドニアの地味なシダが世界最大のゲノムを誇る

2024年5月30日にバルセロナ植物研究所（CSIC）から入手したこの配布写真は、ニューカレドニアのシダを示しています。| 写真提供：-

新たな研究によると、Tmesipteris oblanceolataと呼ばれるシダ植物のゲノム（生物の全遺伝情報）は、これまでの記録保持者である日本の顕花植物Paris japonicaよりも7％大きく、ヒトゲノムの50倍以上の大きさだという。

ゲノムの大きさの基準は、生物の細胞核にある DNA の基本単位である塩基対の数でした。毛糸玉のように伸ばすと、このシダ植物の各細胞にある DNA の長さは 350 フィート (106 メートル) 近くになり、ニューヨークの自由の女神像、ロンドンのビッグベンの時計塔、インドのタージマハルよりも高くなります。一方、ヒトゲノムはわずか 6 フィート半 (2 メートル) です。

このシダは、オーストラリアの東約750マイル（1,200 km）にあるニューカレドニアや、バヌアツなどの近隣の島々の地面や倒木の幹の上に主に生育します。

「この種はあまり目立たないと言えます。通常高さ10～15センチ（4～6インチ）の小さな植物なので、特に探さない限り、誰にも気付かれないかもしれません」と、金曜日にiScience誌に発表された研究論文の共同筆頭著者で、バルセロナ植物研究所（IBB）の進化生物学者ジャウマ・ペリセル氏は述べた。

研究に使用された標本は、昨年ニューカレドニアのグランドテール島で収集された。葉のような構造は、本当の葉ではなく、むしろ平らになった茎である。これは、恐竜が出現する約1億2千万年前、約3億5千万年前に他のシダ植物から進化の系統が分岐したシダ科に属する。

ゲノムが大きいことは有益とは考えられていません。

「Tmesipteris oblanceolata がこれほど大きなゲノムを持っているのは、進化上の利点のためではなく、まだ理由は不明だが、時間の経過とともに機能しない DNA 配列や冗長な DNA 配列を効率的に除去できなくなったためだと考えられる」とペリサー氏は述べた。

生物の遺伝情報を運ぶ DNA は、2 本の鎖が互いに絡み合って二重らせんと呼ばれるねじれたはしごのような形をしています。はしごの横木は塩基対でできています。

複数の結果

ゲノムサイズはさまざまな影響を及ぼします。たとえば、ゲノムが大きくなると、DNA の複製、修復、転写（生物が機能するために必要なタンパク質を細胞が生成するプロセス）に必要なリソースが増えます。

「この需要増加は、本来なら成長、繁殖、ストレス反応に使えるはずの植物のエネルギーと栄養源に負担をかける可能性がある」と、IBBの進化生物学者で研究の共同筆頭著者であるオリアーネ・イダルゴ氏は述べた。

ゲノムが大きくなると、それを収容する細胞も大きくなり、DNAの複製に時間がかかるため、成長を支える細胞分裂が遅くなる。これにより、植物種が光、水、栄養素をめぐって競争する能力が低下し、生態学的に制約が厳しくなる可能性があるとヒダルゴ氏は述べた。

科学者たちは、なぜ一部の生物はゲノムが大きく、他の生物はゲノムが小さいのか疑問に思ってきた。

「これは確かに不可解な疑問だ。しかし、ゲノムの大きさと生物の複雑さの間には関係がないことは明らかだ」と、ロンドンのキュー王立植物園の植物遺伝学者で研究の共著者であるイリア・レイチ氏は語った。

また、生物の物理的サイズとゲノムサイズの間には関係がありません。この小さなシダのゲノムは、地球最大の動物であるシロナガスクジラのゲノムより約 6,000% 大きく、最大の陸上動物であるアフリカゾウのゲノムより約 4,650% 大きいです。また、最も背の高い植物であるジャイアント セコイアのゲノムより約 1,500% 大きいです。

アフリカのミズオカミは、知られている動物の中で最大のゲノムを持っています。シダのゲノムは、それより約 25% 大きいです。

科学者たちは、明確に定義された核を持つ約2万種の生物のゲノムサイズを計測したが、大きなゲノムは例外であり、一般的ではない。

「ゲノムサイズは、植物がいつ、どこで、どのように成長し、競争し、気候変動や汚染などの環境問題に対応できるかに影響を与える役割を果たすことが示されているため、生物多様性の重要な特徴です」とリーチ氏は述べた。