La fougère a un génome 50 fois plus grand que l’humain
Une version imprimée du génome humain complet remplirait 220 grands livres. Cependant, imprimer le génome d’une petite fougère trouvée sur quelques îles du Pacifique nécessiterait presque 11 000 livres.
Cette plante, appelée Tmesipteris oblanceolata, possède le génome le plus grand connu de tout organisme, comme découvert par Jaume Pellicer de l’Institut botanique de Barcelone en Espagne et son équipe.
Chaque cellule de cette fougère contient 321 milliards de lettres (paires de bases) d’ADN dans son noyau. Si elles étaient disposées en ligne, elles s’étireraient sur environ 105 mètres. “Autant que nous le sachions, c’est le plus grand”, déclare Pellicer.
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Comparé à cela, le noyau d’une cellule humaine contient environ 6 milliards de paires de bases, soit environ 2 mètres, d’ADN – ce qui est environ 50 fois moins que la fougère.
Avant cette découverte, le plus grand génome appartenait à une plante à fleurs japonaise appelée Paris japonica, avec 298 milliards de paires de bases dans chaque noyau, comme l’avait rapporté Pellicer en 2010. Le protoptère marbré, Protopterus aethiopicus, détient le record du plus grand génome animal connu, avec 260 milliards de paires de bases par noyau.
T. oblanceolata est une plante rare que l’on trouve uniquement sur certaines îles de la Nouvelle-Calédonie et du Vanuatu dans le Pacifique sud-ouest. En 2023, Pellicer et son équipe ont prélevé des échantillons en Nouvelle-Calédonie.
Pour déterminer la taille du génome de la fougère, ils ont isolé les noyaux des cellules de ses tiges, ont utilisé un colorant fluorescent pour colorer l’ADN à l’intérieur des noyaux, puis ont mesuré l’intensité lumineuse lorsque les noyaux se déplaçaient sous un détecteur de lumière.
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Pellicer explique pourquoi certaines plantes ont des génomes vraiment grands. Premièrement, contrairement aux animaux qui ont généralement seulement deux ensembles de chromosomes, de nombreuses plantes en ont davantage. T. oblanceolata, par exemple, en a huit.
Cependant, avoir plus d’ensembles de chromosomes ne signifie pas toujours un génome volumineux. Pellicer dit que la principale raison d’un génome massif est de contrôler la croissance de parasites génétiques appelés transposons.
Les transposons sont des morceaux d’ADN qui peuvent se dupliquer, entraînant une croissance rapide des génomes à moins que les organismes ne puissent les arrêter ou se débarrasser de l’ADN supplémentaire. De nombreux génomes, comme le nôtre, contiennent beaucoup de séquences répétitives créées par des transposons.
Avoir un génome énorme a des inconvénients. Il faut plus de temps aux cellules pour se diviser car elles doivent copier tout cet ADN à chaque fois. Les cellules doivent également être plus grandes pour contenir tout l’ADN, et certaines parties des plantes, comme les pores des feuilles et des tiges, ne peuvent pas réagir aussi rapidement aux changements de l’environnement lorsqu’elles sont constituées de cellules plus grandes.
Pellicer pense que les plantes qui ne peuvent pas contrôler les transposons et maintenir leurs génomes petits meurent souvent. C’est pourquoi nous ne les voyons que dans quelques familles de plantes. T. oblanceolata pourrait survivre car elle fait face à moins de concurrence sur les petites îles où elle vit.
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Les chercheurs prévoient d’examiner seulement une petite partie du génome de la fougère au lieu d’essayer d’étudier le tout. Pellicer dit qu’ils n’ont pas la puissance informatique pour gérer un génome aussi grand et répétitif pour l’analyse.
Ryan Gregory de l’Université de Guelph au Canada trouve excitant que nous découvrions encore de nouvelles limites sur la taille maximale que l’ADN peut avoir dans les cellules. Cependant, il y a un débat sur la manière de mesurer la taille du génome. Certains disent qu’elle devrait être basée sur la taille d’un ensemble de chromosomes, pas sur l’ADN total dans une cellule. Selon cette mesure, le protoptère marbré aurait le plus grand génome.
De nombreux biologistes définissent la taille du génome en fonction de l’ADN dans les cellules d’œufs, de pollen ou de spermatozoïdes, qui représente la moitié de la quantité dans les cellules régulières. En utilisant cette définition, la taille du génome de T. oblanceolata serait d’environ 160,45 milliards de paires de bases.
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