Вид двоякодышащих рыб, обнаруженный в Южной Америке, претендует на звание животного с самым большим на сегодняшний день секвенированным геномом. ДНК Lepidosiren paradoxa содержит ошеломляющие 91 миллиард химических букв или «оснований», в 30 раз больше, чем геном человека, сообщают исследователи сегодня в Nature. Однако эти 91 миллиард оснований ДНК содержат только примерно такое же количество генов, что и у людей — примерно 20 000 — а остальное состоит из некодирующей, возможно, даже «мусорной» ДНК. Сравнивая этот геном с геномами других двоякодышащих рыб, исследователи определили, что L. paradoxa добавляет эквивалент человеческого генома к своей ДНК каждые 10 миллионов лет.
«Это самый большой размер генома, зарегистрированный до сих пор у животных», — говорит Грасиела Гарсия, эволюционный генетик из Уругвайского университета Республики, которая не участвовала в этой работе, но изучала геномы киллифиш, которые также имеют много некодирующей ДНК. «Я очень взволнована».
Иногда их называют «живыми ископаемыми», двоякодышащие рыбы — это дышащие воздухом лопастеперые рыбы, которые, как полагают, наиболее похожи на самых древних общих предков всех позвоночных. Поэтому с 2018 года Аксель Мейер и Манфред Шартл, эволюционные биологи из Университета Юлиуса Максимилиана в Вюрцбурге, и их коллеги работали над расшифровкой геномов двоякодышащих рыб с трех континентов, чтобы лучше понять эволюцию позвоночных.
Сначала они секвенировали австралийскую двоякодышащую рыбу, чьи плавниковые кости напоминают те, что есть в наших конечностях и костях других наземных животных. Затем они перешли к африканской двоякодышащей рыбе, чьи конечности значительно редуцированы. Теперь они взялись за южноамериканскую двоякодышащую рыбу, у которой также редуцированы плавники — и геном в два раза больше, чем у ее австралийских и африканских собратьев.
В этот огромный геном включены гены организма, инструкции для его белков, записанные четырьмя различными химическими «буквами», называемыми нуклеотидами или основаниями, а также коды для полезных фрагментов РНК. Но подавляющее большинство генома L. paradoxa состоит из чего-то другого: повторяющихся участков, называемых транспонируемыми элементами, которые могут создавать копии себя и вставлять эти копии обратно в ДНК. Исследователи обнаружили, что около 90% генома L. paradoxa состоит из этих «эгоистичных» последовательностей, по сравнению с примерно 40% генома человека.
Как геном двоякодышащей рыбы стал настолько загроможденным повторяющейся ДНК? Сравнение его с геномами других позвоночных показало, что его рост не контролируется, поскольку южноамериканские и африканские двоякодышащие рыбы утратили ключевые гены, чьи РНК и белковые продукты тормозят мобильные элементы. «Это должно быть огромной ценой для животного», — говорит Мейер. Все, кроме одной, из 19 хромосом этой двоякодышащей рыбы имеют размер всего человеческого генома, поэтому для копирования этой ДНК требуется много энергии. А ядро и клетка, которые его заключают, должны быть больше.
Гарсия отмечает, что более крупный геном иногда может помочь организму адаптироваться к изменяющимся условиям. Когда мобильные элементы оказываются в гене или рядом с ним, они могут изменить активность этого гена, что может быть полезно при правильных условиях. Эти подвижные части генов ДНК могут даже стать кормом для совершенно новых генов. Однако «это может также стать дамокловым мечом, если невозможно регулировать гены, обеспечивающие жизнеспособность организма», — говорит она. Поэтому непонятно, почему у рыб не развились новые способы контролировать распространение этих так называемых прыгающих генов. Мейер заходит так далеко, говоря: «Это рыбы, о которых эволюция забыла».
Однако геном L. paradoxa не самый большой из всех живых существ. Этот титул недавно был присвоен новокаледонскому вильчатому папоротнику ( Tmesipteris oblanceolate ) с его 160 миллиардами оснований. И другие растения, такие как редкий японский кустарник Paris japonica , также имеют огромные основания.
«Но что касается животных, — говорит Мейер, — я был бы удивлен, если бы у них был более крупный геном».
Однако Клаус-Петер Штельцер, эволюционный биолог из Университета Инсбрука, не согласен. Он указывает, что по весу геном мраморной двоякодышащей рыбы (Protopterus aethiopicus) может быть на 50% больше, чем у ее сородичей. Только после того, как он будет секвенирован, можно будет короновать настоящего чемпиона по геному животного.
