小型シダ植物のゲノムは人間の50倍の大きさ

ヒトゲノム全体の印刷版は 220冊の大型本を埋める太平洋のいくつかの島々で見られる、一見目立たない小さなシダ植物について同じことを行うには、約 11,000 冊の本が必要になります。

この植物は テメシプテリス・オブランセオラタは、知られている生物の中で最も大きなゲノムを持ち、 ジェームズ・ペリサー スペインのバルセロナ植物学研究所の研究者らが発見した。

シダ植物の各細胞には、核内に3210億のDNA文字（塩基対）がある。これを一列に並べると、長さは約105メートルになる。「私たちが知る限り、これが最大です」とペリサー氏は言う。

比較すると、人間の細胞の核には60億塩基対強しか含まれていない。 または約2メートルDNA の量はシダ植物の約 50 分の 1 です。

この発見以前には、最大の ゲノム それは日本の花植物の パリジャポニカペリサーは2010年に、各核に2980億塩基対を持つと報告した。最大の動物ゲノムは、ミズオカミ肺魚のものである。 プロトプテルス・エチオピクス核あたり2600億塩基対あります。

T. オブランコ 南西太平洋のニューカレドニアとバヌアツのいくつかの島にのみ生育する希少植物です。2023年にペリサー氏とその同僚はニューカレドニアからサンプルを採取しました。

シダのゲノムの大きさを解明するために、研究チームは茎から細胞の核を抽出し、核内のDNAを蛍光染料で染色し、核が光検出器の下を通過する際の光の強度を測定した。

ペリサー氏は、一部の 植物 巨大なゲノムを持っています。まず、多くの植物は、動物では通常 2 セットある染色体ではなく、複数のセットの染色体を持っています。 T. オブランコ 8セットの染色体を持っています。

しかし、複数の染色体セットを持つ植物のほとんどは、全体としてはまだゲノムが小さいとペリサー氏は言う。むしろ、重要な要因は、トランスポゾンと呼ばれる遺伝的寄生虫の増殖を制御できないことだ。

トランスポゾンは、自分自身をコピーして貼り付けることができる DNA の断片であり、生物がトランスポゾンを抑制する方法や余分な DNA を取り除く方法を発達させない限り、ゲノムが急速に拡大する原因となります。人間のゲノムを含む多くのゲノムは、主にトランスポゾンによって生成された反復配列で構成されています。

ゲノムが巨大であることは不利だとペリサー氏は言う。「すべてのことに時間がかかります。細胞が分裂するたびに、すべての DNA を複製する必要があります。つまり、DNA が多ければ多いほど、複製にかかる時間は長くなります。」

また、すべてのDNAを収容するには細胞が大きくならなければならず、葉や茎にある気孔と呼ばれる孔が大きな細胞でできていると、環境の変化に素早く反応できない、とペリサー氏は言う。

ペリサー氏は、トランスポゾンを制御できずゲノムのサイズを制限できない植物は絶滅する傾向があると考えている。「だからこそ、トランスポゾンがごく少数の系統にしか見られないのです」とペリサー氏は言う。 T. オブランコ 同氏は、この植物が生育する小さな島々では競争がそれほど激しくないため、生き残ることができるのかもしれないと述べている。

研究者たちは、シダのゲノム全体の配列を解読するのではなく、そのごく一部の配列を解読することを計画している。これは、このような大規模で反復的なゲノムを組み立てて分析するために必要な計算能力が不足しているためだとペリサー氏は言う。

「核DNAの含有量がどれだけ大きくなるかという新たな限界を私たちがまだ発見していることは、とてもエキサイティングです」と、 ライアン・グレゴリー カナダのグエルフ大学の研究者。しかし、ゲノムサイズをどのように定義するかについては議論があると彼は言う。細胞内のDNAの総量ではなく、染色体1セットのサイズとして定義すべきだと考える人もいる。そうすると、最大のゲノムの記録はマダラハイギョになる。

多くの生物学者は、ゲノムサイズを卵子、花粉、精子の細胞に含まれるDNAの量と定義しています。これは通常の細胞の半分の量です。この定義によると、 T. オブランコ わずか1604.5億塩基対です。