В 1994 году туристы обнаружили группу странных деревьев, растущих в каньоне Национального парка Воллеми (Уоллеми), примерно в 60 милях (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 собой древний вид, который по существу застыл во времени с тех пор, как ещё по Земле бродили динозавры.
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, и этим стойким выжившим в регионе угрожают лесные пожары. Считалось, что они вымерли около 2 миллионов лет назад.
Теперь учёные из Австралии, США и Италии расшифровали его геном, проливая свет на его уникальную эволюцию и репродуктивные привычки, а также помогая усилиям по сохранению вида. Их научная статья была размещена в базе данных препринтов bioRxiv 24 августа и пока ещё не 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.
Действительно, растения не обмениваются большим количеством генетического материала. Оставшиеся деревья, по-видимому, размножаются в основном путём клонирования себя через обрезку (коппирование, или коппинг), при которой от прикорневых побегов возникают новые деревья.
Их редкость может быть частично связана с большим количеством транспозонов, или «прыгающих генов», — участков ДНК, которые могут менять своё положение в геноме. Эти элементы также определяют размер генома.
«Маленький геном растения и самый большой геном растения имеют почти одинаковое количество генов. Большие различия в размерах обычно происходят из-за транспозонов», — рассказал Live Science Джеральд Шенкнехт (Gerald Schoenknecht), директор программы исследования генома растений Национального научного фонда США.
Шенкнехт не участвовал в исследовании, но Национальный научный фонд предоставил финансирование.
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 внедрения и, таким образом, оказывать существенное влияние на эволюцию организма.
По мнению исследователей, если транспозоны вызвали вредные мутации, они, возможно, способствовали сокращению численности популяции, вызванному изменением климата и другими факторами. Эти стрессовые условия, возможно, побудили растение перейти к клональному размножению. Поскольку увеличение количества транспозонов коррелирует с половым размножением, переход к бесполому размножению мог снизить потенциальное внедрение ими вредных мутаций. Парадоксально, но в то время как деревья всё ещё зависели от полового размножения, транспозоны, возможно, сыграли определенную роль в увеличении генетического разнообразия и таким образом, по крайней мере временно, сделали их более устойчивыми к меняющимся условиям.
«В 99% всех случаев мутации, вероятно, не являются хорошей идеей, — сказал Шенкнехт. — Но за миллионы лет те 1%, которые помогают, могут продвигать вид вперёд. В этом случае это, возможно, было некоторым преимуществом.»
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 его собственной РНК, которая связана с развитием более широких листьев. Сосны Воллеми, в отличие от большинства хвойных, имеют широкие иглы.
Таким образом, эволюция более широких листьев могла привести к подавлению устойчивости к болезням и открыть вид для патогенных угроз, которые могли быть случайно обнаружены туристами, незаконно посетившими охраняемое место. Phytophthora cinnamomi распространена среди культурных растений.
И хотя в дикой природе осталось только четыре небольшие популяции, сосны широко размножаются ботаническими садами и другими учреждениями, стремясь сохранить их и изучить их уникальную биологию. МСОП (Международный союз охраны природы) считает этот вид находящимся под угрозой исчезновения.
Таким образом, анализ генома сосны Воллеми — это не просто академическое любопытство — он имеет серьёзные последствия для выживания вида.
