Растения и животные с большими геномами растут менее эффективно — новое исследование объясняет, почему они не вымерли
Количество ДНК в клетке (размер генома) у живых организмов варьируется в огромном диапазоне. Например, геном мраморного протоптера (Protopterus aethiopicus) в 40 раз больше человеческого, а у папоротника Tmesipteris oblanceolata — в 50 раз больше. Меньшие геномы позволяют расти быстрее и эффективнее, так почему же существуют виды с огромными геномами?
Меньшие геномы эффективнее, потому что для деления клетки требуется реплицировать меньше ДНК, что быстрее и требует меньше питательных веществ (азота, фосфора). Однако большие геномы тоже могут давать преимущества в определённых условиях.
Исследование на злаках
Исследовательская группа изучила преимущества большего генома у видов злаков — широко распространённого семейства растений с разным размером генома. Результаты опубликованы в журнале New Phytologist.
В эксперименте, моделирующем природные условия (высокие температуры, бедная почва, засуха), виды с малыми геномами в большинстве случаев росли лучше. Однако в двух ситуациях преимущество было у видов с большими геномами, что связано с их более крупными клетками:
- На плодородных почвах, где много питательных веществ. Здесь затраты на репликацию большого количества ДНК легко покрываются, и крупные клетки могут производить больше биомассы, обгоняя в росте соседей с малыми геномами.
- В более холодных условиях (например, в умеренных регионах). Холод сильно замедляет деление клеток, но меньше влияет на их растяжение (экспансию). Крупные клетки с большими геномами могут расти за счёт растяжения быстрее, чем мелкие, что даёт фору ранней весной (аналогично луковичным, таким как нарциссы).
Таким образом, хотя виды с малыми геномами в целом растут эффективнее, и малые, и большие геномы дают преимущества в зависимости от среды. Разнообразие размеров геномов у злаков — одна из причин их глобального распространения.