Cette petite fougère possède le plus grand génome de tous les organismes sur Terre

Dans une nouvelle étude publiée dans la revue iSciencedes chercheurs des Jardins Botaniques Royaux de Kew et de l'Institut Botànic de Barcelone (IBB-CSIC) en Espagne présentent un nouveau record pour la plus grande quantité d'ADN stockée dans le noyau de n'importe quel organisme vivant sur la planète.

Avec plus de 100 mètres d'ADN démêlé, la fougère fourche de Nouvelle-Calédonie, Tmesipteris oblancolata, contient plus de 50 fois plus d'ADN que l'humain et a détrôné l'espèce de plante à fleurs japonaise Paris japonica, qui détenait ce record depuis 2010.

En outre, la plante a obtenu trois titres Guinness World Records pour le plus grand génome végétal, le plus grand génome et le plus grand génome de fougère pour la quantité d'ADN dans le noyau.

T. oblancolata est une espèce rare de fougère trouvée dans la nation insulaire de Nouvelle-Calédonie, un territoire français d'outre-mer situé dans le Pacifique Sud-Ouest, à environ 750 milles à l'est de l'Australie, et dans certaines îles voisines telles que Vanuatu. Le genre Tmesipteris est un groupe de plantes peu étudié composé d’environ 15 espèces, dont la plupart sont présentes dans diverses îles du Pacifique et en Océanie.

Jusqu’à présent, les scientifiques n’ont estimé la taille du génome que de deux espèces de Tmesipteris : T. tannensis et T. obliqua, qui contiennent tous deux des génomes gigantesques, respectivement à 73,19 et 147,29 paires de gigabases (Gbp).

En 2023, les auteurs principaux, le Dr Jaume Pellicer et le Dr Oriane Hidalgo, de l'IBB et anciennement de RBG Kew, se sont rendus en Nouvelle-Calédonie pour collecter des échantillons de Tmesipteris, qui ont ensuite été analysés pour estimer la taille de leur génome. Cela impliquait d'isoler les noyaux de milliers de cellules, de les colorer avec un colorant, puis de mesurer la quantité de colorant liée à l'ADN dans chaque noyau : plus il y avait de colorant, plus le génome était gros.

L'analyse a révélé que l'espèce T. oblancolata avait une taille de génome record de 160,45 Gbp, soit environ 7 % plus grande que celle de P. japonica (148,89 Gbp).

Une fois démêlé, l'ADN de chaque cellule de cette fougère serait plus haut que la tour Elizabeth de Westminster, à Londres, qui mesure 96 m de haut et abrite la célèbre cloche de Big Ben. À titre de comparaison, le génome humain contient environ 3,1 Gbp répartis sur 23 chromosomes et lorsqu’il est étiré comme une pelote de laine, la longueur de l’ADN dans chaque cellule ne mesure qu’environ 2 m.

Le Dr Pellicer, chercheur en biologie évolutive, déclare : « Tmesipteris 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 mettent le pied sur Terre, et il se distingue par son port principalement épiphyte. (il pousse principalement sur les troncs et les branches des arbres) et répartition restreinte en Océanie et dans plusieurs îles du Pacifique.

“Pendant longtemps, nous avons pensé que battre le précédent record de taille de Paris japonica serait une mission impossible, mais une fois de plus, les limites de la biologie ont dépassé nos prédictions les plus optimistes.

“Sur la base de nos recherches précédentes, nous avions anticipé l'existence de génomes géants chez Tmesipteris. Cela dit, la découverte du plus grand génome de tous n'est pas seulement un exploit d'exploration scientifique, mais le résultat d'un voyage de près de quatorze ans dans l'infinie complexité. et la diversité des génomes végétaux.

À ce jour, les scientifiques du monde entier ont estimé la taille du génome de plus de 20 000 organismes eucaryotes, révélant ainsi un large éventail de tailles de génome à travers l’arbre de vie. Ceux-ci, à leur tour, ont un impact profond non seulement sur leur anatomie, car les génomes plus gros ont besoin de cellules plus grosses pour les héberger et prennent plus de temps à se répliquer, mais aussi sur leur fonctionnement, leur évolution, ainsi que sur l’endroit et la manière dont ils vivent.

Chez les animaux, certains des plus grands génomes comprennent le poumon marbré (Protopterus aethiopicus) à 129,90 Gbp et le chien d'eau de la Neuse (Necturus lewisi) à 117,47 Gbp. À l’opposé, six des plus grands génomes eucaryotes connus sont détenus par des plantes, dont le gui européen (Viscum album) à 100,84 Gbp.

Étonnamment, avoir un génome plus grand n’est généralement pas un avantage. Dans le cas des plantes, les espèces possédant de grandes quantités d'ADN sont limitées à des plantes vivaces à croissance lente, sont moins efficaces pour la photosynthèse (le processus par lequel les plantes convertissent l'énergie solaire en sucres) et ont besoin de plus de nutriments (en particulier d'azote et de phosphates) pour croître. et rivaliser avec succès avec leurs voisins au génome plus petit. À leur tour, ces effets peuvent influencer la capacité d’une plante à s’adapter au changement climatique et son risque d’extinction.

Le Dr Ilia Leitch, responsable principal de la recherche sur l'évolution des personnages chez RBG Kew, déclare : « Qui aurait pensé que cette petite plante sans prétention devant laquelle la plupart des gens passeraient probablement sans s'en rendre compte pourrait porter un record mondial en termes de taille de génome.

“Par rapport à d'autres organismes, les plantes sont incroyablement diverses lorsqu'elles sont vues au niveau de l'ADN, et cela devrait nous faire 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. »

Adam Millward, rédacteur en chef du Guinness World Records, déclare : « Penser que cette fougère à l'apparence inoffensive possède 50 fois plus d'ADN que celui des humains est un rappel humiliant qu'il y a encore tellement de choses que nous ignorons sur le règne végétal et que les détenteurs de records ne sont pas toujours les plus voyants à l'extérieur.