Une fougère arborescente étrange a un génome étonnamment énorme


Les fougères sont bizarres. Elles sont vertes et feuillues comme les autres plantes forestières, mais elles se reproduisent plus comme les champignons, en libérant des nuages ​​de spores. De nombreuses espèces n’ont pas besoin d’un partenaire pour la fertilisation, contrairement à la plupart de leurs cousins ​​​​porteurs de graines. Des études récentes estiment que les fougères se sont séparées des plantes à graines il y a environ 400 millions d’années.

Et les génomes des fougères sont incroyablement grands. Malgré la physiologie unique des fougères et leur relation avec les plantes à graines, ces génomes étranges ont été largement négligés par les chercheurs. Jusqu’à récemment, seuls deux génomes de fougères (relativement petits) étaient entièrement séquencés, contre plus de 200 génomes de plantes à fleurs. Maintenant, le premier génome complet de fougère arborescente a été séquencé avec succès – celui de la fougère arborescente volante – ce qui indique comment ces plantes particulières ont accumulé un ensemble aussi massif de gènes.

“Si vous voulez comprendre l’origine des graines ou des fleurs, les fougères sont une comparaison très importante à faire”, déclare Fay-Wei Li, biologiste des fougères à l’Institut Boyce Thompson de l’Université Cornell et co-auteur de la nouvelle étude, publiée dans Plantes naturelles. “Mais ce que je veux vraiment savoir, c’est pourquoi les génomes des fougères sont si gros.”

L’équipe de Li a découvert que la fougère en forme de palmier possède plus de six milliards de paires de bases d’ADN, soit un milliard de plus que le génome moyen des plantes à fleurs (les humains, en comparaison, en ont environ trois milliards de paires). La nouvelle analyse suggère qu’il y a plus de 100 millions d’années, un ancêtre de cette fougère a dupliqué tout son génome, une erreur de réplication courante chez les plantes, explique Li.

Mais on ne sait pas pourquoi les fougères arborescentes conserveraient autant de matériel génétique; la plupart des plantes à fleurs retournent à des génomes plus minces après des duplications. Cette espèce pourrait accumuler des chromosomes, dit Li : « J’appelle cela l’hypothèse de Marie Kondo. Les chromosomes suscitent de la joie chez les fougères, mais ils ne suscitent pas de joie chez les plantes à graines. Pour les plantes qui se reproduisent de manière asexuée, dit-il, un grand génome peut ajouter des opportunités pour que des mutations bénéfiques se produisent tout en tamponnant les indésirables. Les fougères ont également une longue durée de vie, elles évoluent donc plus lentement, ce qui peut avoir contribué au matériel génétique conservé.

En utilisant le génome entièrement séquencé, les chercheurs ont également découvert quels gènes construisent la tige inhabituelle en forme de tronc de la fougère – un aperçu précieux de la façon dont les traits clés ont évolué dans les plantes à tige, explique Jan de Vries, biologiste de l’évolution des plantes à l’Université de Göttingen en Allemagne, qui était pas impliqué dans l’étude. « L’évolution est un bricoleur. La mise en lumière des programmes moléculaires viables qui ont évolué nous indique ce qui est biologiquement possible et où se trouvent les contraintes », dit-il. “En utilisant ces connaissances, nous pouvons commencer à nous bricoler à des fins biologiques synthétiques.”

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