Собраны геномы двух папоротников — PCR News
В настоящее время существует более 10500 видов папоротников — это самый обширный таксон растений после покрытосеменных. При этом 99% видов относятся к равноспоровым, или гомоспоровым (то есть продуцируют споры, из которых вырастают обоеполые, а не раздельнополые гаметофиты; пример жизненного цикла такого папоротника). Папоротники — ближайшие родственники семенных растений, поэтому их изучение даст более глубокое понимание эволюции всей наземной флоры. Однако их огромные геномы (в среднем 12,3 Гб; максимум 147 Гб) и большое число хромосом (в среднем 40,5; максимум 720) препятствуют получению высококачественных геномных сборок, а следовательно, и геномным исследованиям этой филогенетически важной группы растений.
После многих лет работы две независимые международные группы ученых опубликовали в журнале Nature Plants результаты сборки и анализа гигантских геномов двух равноспоровых папоротников — цератоптериса (Ceratopteris richardii
Ранее мы также рассказывали о первом секвенированном и собранном геноме древовидного папоротника (Alsophila spinulosa).
Геном цератоптериса — это 7,46 Гб ДНК, упакованной в 39 пар хромосом, что более чем вдвое превышает размер человеческого генома, а геном адиантума — 4,83 ГБ ДНК и 30 пар хромосом. Ранее считалось, что столь большой размер геномов папоротников обусловлен недавней полногеномной дупликацией (whole genome duplication, WGD). Различные копии генов (паралоги) обычно становятся сырьем для формирования новых признаков. Дупликации генома часто встречаются у покрытосеменных растений, в том числе сельскохозяйственных.
Исследователи ожидали, что большая часть хромосом цератоптериса и адиантума должна быть идентичной. Чтобы оценить вклад дупликаций, они искали в геномах крупные синтенические блоки генов-паралогов. Однако у цератоптериса было обнаружено только 45 синтенических блоков, включающих 367 генов, у адиантума — 7 блоков и в них 96 генов паралогов, что составляет всего 0,31% от общего числа его генов.
Также было обнаружено, что 85% генома C. richardii состоит из транспозонов, и такая же пропорция наблюдалась у A.capillus-veneris. Можно сказать, что геномы обоих видов в основном содержат генетический мусор, накопленный за миллионы лет.
«Кажется, мы обнаруживаем, что такие растения, как цветковые, геномы которых в среднем намного меньше, чем у папоротников, просто лучше избавляются от ненужной ДНК. Они лучше сбрасывают запасные хромосомы и даже уменьшаются после небольших дупликаций», — сказал Блэйн Маршан (Blaine Marchant), первый автор статьи о цератоптерисе.
Известно, что растительноядные насекомые незначительно повреждают папоротники. Анализ цератоптериса выявил несколько генов — гомологов Tma12, кодирующего инсектицидный белок.
Этот ген ранее находили и в геномах других папоротников. Цератоптерис, по-видимому, получил его от бактерий посредством горизонтального переноса. Кроме того, авторы обнаружили множественные копии гена порообразующего токсина, подобного бактериальному аэролизину: он делает отверстие в мембране клетки, что приводит к ее гибели. Учитывая, что несколько копий гена были обнаружены в трех отдельных хромосомах, вполне вероятно, что перенос происходил более одного раза.
Особый интерес представляет исследование эволюционного перехода от бессемянных растений к семенным. Анализ генов цератоптериса, гомологичных тем, которые имеют решающее значение для индукции цветения и архитектуры семенных растений, показал, что у папоротника некоторые из них, по-видимому, связаны с развитием спор.
Авторы второй статьи, которые исследовали адиантум, проанализировали транскриптомы, полученные из разных тканей спорангиев на разных стадиях развития папоротника. Паттерны экспрессии генов в спорангиях проявили сходство с экзиной цветковых растений (наружная утолщенная оболочка пыльцевого зерна).
Сходным оказался и молекулярный механизм LEC1 -опосредованного накопления запасных белков у A.capillus-veneris и Arabidopsis.
Таким образом, гены, управляющие развитием семян, могли произойти от генов, контролирующих развитие спорангиев папоротников. Вероятно, исследования геномов папоротников сыграют важную роль в интерпретации важнейших событий эволюции растений.
Ученые обнаружили, что папоротники поколениями копят ненужный геном и даже воруют чужой
Исследователи секвенировали геном трех видов папоротника и обнаружили, что это настоящая «генетическая свалка» фрагментов генома, из которых лишь 15% играют реальную роль в жизни растения.
Теги:Исследование
Открытия
Генетика
ДНК
Папоротники полны удивительных особенностей. Сама их ДНК очень странная и сложная. На самом деле, один вид папоротника – Ophioglossum reticulatum, или папоротник гадюковый – является рекордсменом среди многоклеточных организмов с наибольшим числом хромосом.
В большинстве его клеточных ядер можно найти около 720 пар хромосом.
После многих лет кропотливой работы ученые, наконец, секвенировали гигантские геномы трех разных односпоровых папоротников, обнаружив, что эти пагубные растения не только копили ДНК, но и крали ее у других организмов — и делали это миллионы лет. «Каждый геном рассказывает свою историю», — отметил генетик Дуг Солтис из Флоридского музея естественной истории, соавтор одной из статей.
По его словам, папоротники являются ближайшими живыми родственниками всех семенных растений, и они производят химические средства отпугивания травоядных, которые могут быть полезны для сельскохозяйственных исследований. Тем не менее, до сих пор они оставались последней крупной линией зеленой жизни без секвенированной последовательности генома.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕГенетические аномалии
Геномы трех папоротников были описаны в трех отдельных статьях. Статья о древовидном папоротнике (Alsophila spinulosa) была опубликована в мае в журнале Nature Plants.
На этой неделе к нему присоединились статьи о папоротнике адиантумном (Adiantum capillus-veneris) и папоротнике Ceratopteris richardii, который десятилетиями изучался как модельный организм.
Оказалось, что геном папоротников содержит 7,46 гигабаз ДНК в 39 парах хромосом, что более чем в два раза превышает размер генома человека. Исследователи сообщают, что это преподнесло несколько довольно интересных сюрпризов.
В прошлом ученые приписывали огромные геномы папоротников и большое количество хромосом повторяющимся циклам дупликации всего генома, при которых потомство организма случайно наследует дополнительные копии всей генетической информации организма. Это характерно для растений и может дать некоторые преимущества, такие как быстрая эволюция и дивергенция.
Однако организмы, которые испытывают это, как правило, проходят короткий период адаптации, в течение которого большая часть дубликатов теряется, что приводит к более нормальному геному. В отличие от папоротников.
Мусорная свалка
Ответ был найден в ДНК папоротника C. richardii. Вместо идентичных участков ДНК, которые можно было бы ожидать, если бы имело место дублирование, хромосомы папоротника содержат беспорядочную мешанину из повторяющихся фрагментов и обрывков — генетический мусор, который накопился в растении за тысячи и тысячи лет. 85% генома C. richardii состоит из этих «транспозонов», то есть последовательностей ДНК, которые могут перемещаться, и эта пропорция также наблюдалась у A. capillus-veneris.
Как бы то ни было, кажется, что папоротники просто неэффективны в избавлении от ненужной ДНК. Вместо этого они хранят его бесконечно долго, как скряга, который просто не знает, когда можно воспользоваться накопленным. Но команда также нашла доказательства того, что C. richardii — подлый вор ДНК.
В геноме папоротника есть защита от определенного токсина, который пробивает дыры в клеточной мембране. Эта защита обычно встречается у бактерий, что позволяет предположить, что папоротник получил ее от бактерий в процессе, называемом горизонтальным переносом генов (который на самом деле довольно распространен среди бактерий).
Копии этих защитных генов обнаруживаются в разных частях растения, что позволяет предположить, что этот перенос происходил несколько раз. Таким образом, папоротник, похоже, получает некоторую выгоду от плодов своей добычи, и, вероятно, эта выгода также носит защитный характер.
Amazon.com: Costa Farms Boston Fern, живое растение премиум-класса в помещении или на открытом воздухе, горшок в подвесной корзине, горшок для выращивания в горшке, почвенная смесь, новоселье, красивый домашний патио, крыльцо, декор комнаты, 2 фута в высоту и ширину: патио, газон и сад
4.4 4.4 из 5 звезд 2,867 оценок
Amazon’s Choice выделяет товары с высокими оценками и выгодными ценами, доступные для немедленной отправки.
В настоящее время недоступен.
Мы не знаем, когда и будет ли этот товар снова в наличии.
Стиль: Бостонский папоротник
Размер: 1-2 фута высотой
Цвет: Подвесная корзина
3 4.3
Используйте уличные папоротники в подвесных корзинах, оконных ящиках, урнах и кашпо. Вот краткое руководство, которое поможет вам выбрать одни из лучших уличных папоротников.
Эти смелые красавицы — аборигены Австралии, которые могут выдержать немного больше жары и засухи (и солнца), чем другие папоротники, находящиеся на открытом воздухе. Папоротники Kimberly Queen имеют великолепные вертикальные формы, что делает их отличным выбором для урн или вертикальных контейнеров. Растения вырастают до 3 футов в высоту и ширину и образуют красивые пятна (споры) на нижней стороне каждого листа. Папоротник Кимберли Квин также можно выращивать в саду в зонах 9.-11.
Большинство этих растений зимостойкие и с каждым годом возвращаются все большими и лучшими. К выносливым папоротникам относятся: 
Чем больше корней будет в горшке, тем быстрее высохнет подвесная корзинка. Иногда папоротники, особенно к концу сезона, могут укорениться. В магазинах часто можно увидеть однобокие папоротники; листья ломаются и сгибаются, когда их прижимают друг к другу, но пусть это вас не останавливает; при надлежащем уходе (см. советы ниже) ваши папоротники быстро восстановятся.
