Геном хищного растения опроверг теорию о необходимости мусорной ДНК

Гены составляют всего 2% человеческого генома. Оставшиеся 98% приходятся на так называемую "некодирующую" ДНК и последовательности, функции которых пока не установлены. Некодирующая ДНК — это ДНК, которая не кодирует белки. Она состоит из подвижных элементов — "прыгающих" генов — которые способны копировать сами себя на других участках генома.

Уже много лет учёные пытаются понять, зачем человеку так много нефункционального генетического материала.

Авторы исследования, опубликованного в журнале Nature, пришли к необычному выводу: большая часть некодирующей ДНК, крайне распространённой среди живых существ, вовсе не нужна сложным организмам.

Для того чтобы сделать такое открытие, биологи расшифровали геном пузырчатки (Utricularia gibba) − хищного растения, произрастающего преимущественно в водоёмах и использующего ловчие пузырьки для охоты. Из всех многоклеточных растений у этого самый скудный геном, который когда-либо был расшифрован. Исследователи утверждают, что он состоит на 97% из генов (напомним: участков ДНК, кодирующих белки) и небольших участков, контролирующих их работу.

Учёные полагают, что пузырчатка на протяжении многих лет своей эволюции удаляла из своего генома "мусорную" ДНК. Так можно объяснить отличие генома пузырчатки от других организмов, богатых нефункциональным материалом — кукурузы, табака и даже человека.

Над секвенированием и анализом генома пузырчатки работала международная команда исследователей из мексиканской национальной Лаборатории исследования генома и биологического разнообразия (LaNGeBio) и университета Баффало (Buffalo University) во главе с Луисом Эррера-Эстреллой (Luis Herrera-Estrella) и Виктором Альбертом (Victor Albert). В команду также входили биологи из США, Мексики, Китая, Сингапура, Испании и Германии.

"То, что геном пузырчатки содержит всего 3% "мусорной" ДНК, — это большое открытие. Каким-то образом это растение удалило большую часть того материала, из которого состоит геном почти всех многоклеточных организмов. Выходит, можно быть полноценным растением, состоящим из множества клеток, тканей и цветов, и при этом не иметь в своём геноме ничего лишнего. Мусор вовсе не нужен для жизни", — рассказывает Альберт.

Согласно "Энциклопедии элементов ДНК" (ENCODE), крупнейшему международному проекту по изучению генома, 80% некодирующей ДНК играют важную роль в некоторых биохимических функциях. "Мусор" используется в производстве РНК, которая необходима генам в процессе кодирования белков.

Однако Эррера-Эстрелла и Альберт придерживаются другого мнения. Они считают, что организм не может загромождать себя таким количеством генетического мусора ради сомнительных преимуществ. По мнению исследователей, некоторые организмы от природы склонны к удалению лишней генетической информации, а некоторые — наоборот, к приумножению и копированию участков ДНК. И только дарвиновский естественный отбор покажет, какой метод более жизнеспособен.

Примечательно, что геном пузырчатки всё же имеет повторения, однако он далеко не так велик, как геном её дальнего родственника — томата. Для сравнения, геном хищного растения состоит из 80 миллионов пар оснований и 28 500 генов, тогда как геном томата состоит из 780 миллионов пар, а винограда — из 490 миллионов.

В процессе эволюции геном пузырчатки дублировался, по крайней мере, три раза (тогда отпрыск получал две полноценных копии генома). "Такая богатая история дупликаций генома в сочетании с таким маленьким размером генома объясняется только тем, что растение действительно множество раз вычищало ненужную генетическую информацию, но каждый раз оставляло набор функциональных генов", — объясняет Эррера-Эстрелла в пресс-релизе университета Баффало.