Le plus grand génome de la planète se trouve dans une petite fougère | Science

L’arbre de vie possède ces choses. Une fougère, qui peut sembler un organisme pas trop complexe, s’avère être l’être vivant doté du plus grand génome. Il pousse en Nouvelle-Calédonie (une île d’Océanie sous souveraineté française) et si les 160 750 000 000 de paires de bases de son ADN pouvaient être superposées, il s’élèverait à 100 mètres, soit 50 fois plus haut que l’ADN humain. Cette découverte soulève de nouvelles questions sur la quantité de matériel génétique pouvant être stockée dans les cellules et sur le manque de corrélation entre complexité et génétique.

Sur les troncs tombés des forêts de Nouvelle-Calédonie pousse le Tmesipteris oblancéolata, une fougère qui appartient à un genre de plantes vasculaires dont il n’existe qu’une quinzaine d’espèces. Au moins deux de leurs cousins ​​germains étaient connus pour avoir des génomes géants. Mais jusqu’à présent, l’organisme qui contenait l’ADN avec le plus grand nombre de paires de bases était une autre plante, la Paris Japonica. Aujourd’hui, plusieurs chercheurs qui ont caractérisé la longueur génétique du P. japonicaont découvert que le génome du T. oblancéolata C’est 7% plus élevé.

Dans une nouvelle étude publiée dans la revue scientifique iScience, des chercheurs du Royal Botanic Garden de Kew (Royaume-Uni) et de l’Institut Botànic de Barcelona (IBB-CSIC) présentent les résultats de leurs travaux avec cette fougère, démontrant qu’elle possède la plus grande quantité d’ADN stockée dans le noyau de ses cellules . tout organisme eucaryote vivant sur la planète. Si c’était une boule à démêler, le T. oblancéolata s’étendrait entre 105 et 106 mètres. « Ce n’est pas une plante emblématique, elle n’a pas de fleurs et elle n’est pas non plus frappante. En fait, c’est une mauvaise herbe qui, si vous ne la cherchez pas, vous la piétineriez sans vous en rendre compte », explique Jaume Pellicer, chercheur à l’Institut Botànic. « Cela ne ressemble même pas à une fougère, cela ne ressemble pas à l’image traditionnelle que nous nous faisons d’elles. Mais il a quelque chose qui le rend spécial, il a un génome géant », se souvient-il.

« Ce n’est pas une plante emblématique, elle n’a pas de fleurs et elle n’est pas non plus frappante. En fait, c’est une mauvaise herbe que, si vous ne la cherchez pas, vous la piétineriez sans vous en rendre compte”

Jaume Pellicer, chercheur à l’Institut Botanique de Barcelone (IBB-CSIC)

En 2023, Pellicer et sa collègue de l’IBB Oriane Hidalgo se sont rendus en Nouvelle-Calédonie pour collecter des échantillons de Tmésiptre, qu’ils ont ensuite analysés pour estimer la taille de leur génome. Dans sa version courte, le processus nécessite d’isoler les noyaux de milliers de cellules, de les colorer avec un colorant fluorescent, puis de mesurer la quantité de colorant liée à l’ADN dans chaque noyau : plus il y a de colorant, plus le génome est grand. «Pour calculer la taille, nous utilisons des étalons internes, des plantes cultivées comme le pois, le riz ou la tomate, qui sont très connues», explique Pellicer. Dans ce cas, le standard qu’ils ont utilisé était l’ail, qui est la plante cultivée avec le plus grand nombre de paires de bases, dans leur cas, 34 gigabases (Gbp ; chacune représente 1 000 millions de paires de bases). À titre de comparaison, le génome humain contient environ 3,2 Gbp répartis sur 23 chromosomes et, une fois étiré, la longueur de l’ADN de chaque cellule dépasse à peine deux mètres.

“Tmésiptre est un petit genre de fougères unique et fascinant, dont les ancêtres ont évolué il y a environ 350 millions d’années, bien avant que les dinosaures ne parcourent la Terre, et qui se distingue par son port principalement épiphyte. [que crece principalmente en troncos y ramas de árboles]», dit Pellicer. Dans une interview par appel vidéo, il reconnaît que lorsqu’ils ont chiffré le génome du P. japonica Il y a des années, ils pensaient avoir atteint la limite, à savoir qu’il ne pouvait exister aucun autre organisme plus grand en termes génétiques. « L’hypothèse selon laquelle il n’y aurait peut-être pas une plus grande diversité reposait sur le fait qu’il n’y aurait aucune possibilité de maintenir biologiquement un génome au-delà de 150 gigabases. “Nous avions tort”, ajoute-t-il.

Un génome aussi volumineux a un coût. Cela nécessite plus de ressources énergétiques lors de la réplication de l’ADN et de la division des cellules. Dans les cellules plus grandes, l’intégrité de la structure physique nécessite un apport d’énergie plus important. C’est plus coûteux au niveau métabolique. «C’est pourquoi nous pensons que cela les rend moins avantageux lorsqu’il s’agit de s’adapter aux changements constants, tant climatiques que de pollution», explique Pellicer. Ils ont des cycles de reproduction beaucoup plus lents car le cycle cellulaire est beaucoup plus long que chez une plante avec un petit génome. Et la demande en nutriments nécessaires à la formation des acides nucléiques est bien plus grande. “Nous pensons donc que, tout au long de l’évolution, ils ont été éliminés”, ajoute Pellicer. En fait, conclut-il, « les génomes géants sont l’exception, malgré l’extraordinaire diversité des tailles génomiques qui existent, la grande majorité des plantes ont des génomes petits ou très petits, c’est pourquoi nous nous y intéressons tant ».

Les biologistes le connaissent sous le nom de paradoxe de la valeur C : la taille du génome n’est pas en corrélation avec la complexité de l’organisme, ce qui les laisse perplexes depuis des décennies. « On pensait que plus un organisme était complexe, plus son génome devait être grand. Nous savons désormais que ce n’est pas le cas », commente le chercheur de l’IBB. “Et cela est principalement dû au fait que la majeure partie du génome est composée de séquences d’ADN répétitives, appelées ADN indésirable car on pensait qu’elles n’avaient aucune fonction”, ajoute-t-il.

Aucun des dix organismes dotés du plus grand génome ne pourrait être, vu à l’œil humain, un être vivant très complexe. Outre le T. oblancéolata et la P. japonica, une autre fougère du genre du premier figure sur la liste et le gui européen, qui clôture la liste, avec 100,84 Gbp. Dans ce top dix, on ne trouve que quatre animaux, comme le poumon marbré (129,90 Gbp) ou le chien d’eau de la Neuse (117,47 Gbp), apparentés aux salamandres.

Pol Fernández, co-auteur de l’étude et également de l’IBB, donne quelques raisons pour l’ordre de la liste des plus grands génomes : « La majorité sont des plantes et au niveau génomique elles sont capables d’être viables en effectuant de nombreux processus d’hybridation. . Lorsqu’il existe des génomes aussi gigantesques, c’est parce qu’il y a eu de nombreuses duplications de génomes, des amplifications d’éléments répétés et cela chez les plantes, nous le savons, est beaucoup plus fréquent et donne plus fréquemment des espèces viables que chez les animaux.

À ce jour, les scientifiques du monde entier ont estimé la taille du génome de plus de 20 000 organismes eucaryotes, révélant ainsi une large gamme de tailles de génome à travers l’arbre de la vie. Ceux-ci, à leur tour, ont un impact profond non seulement sur leur anatomie – car les génomes plus grands ont besoin de cellules plus grandes pour les héberger et prennent plus de temps à se répliquer – mais également sur leur fonctionnement, leur évolution et leur lieu et leur mode de vie.

“¿Quién hubiera pensado que esta planta pequeña y sencilla, sobre la que la mayoría de la gente probablemente pasaría sin darse cuenta, podría tener un récord mundial en tamaño de genoma?”, concluye Ilia Leitch, de Real Jardín Botánico de Kew, en une note. Il ajoute : « Comparées à d’autres organismes, les plantes sont incroyablement diverses en termes d’ADN, ce qui devrait nous amener à réfléchir à leur valeur intrinsèque dans le cadre plus large de la biodiversité mondiale. “Cette découverte soulève également de nombreuses questions nouvelles et passionnantes sur les limites supérieures de ce qui est biologiquement possible, et nous espérons résoudre ces mystères un jour.”

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