Секвенированный геном остистой межгорной сосны (Pinus longaeva) поражает своими масштабами: он содержит 23,8 миллиарда пар оснований, что примерно в восемь раз превышает размер человеческого генома. При этом количество белок-кодирующих генов у дерева лишь немногим больше, чем у людей — около 21 364.
В геноме растения, которому 5000 лет, ученые увидели «чертеж бессмертия»
Ученые из Калифорнийского университета в Дэвисе совместно с коллегами из Университета Джонса Хопкинса впервые секвенировали геном остистой межгорной сосны — старейшего организма на Земле. Исследование открывает путь к пониманию механизмов экстремального долголетия деревьев, живущих более 5000 лет.
Остистая сосна — самый старый из ныне живущих организмов в мире. Сосна растет в Белых горах в Калифорнии. Kat Kerlin/UC Davis
Эти сосны не умеют стареть. Удивительная черта остистых сосен заключается в отсутствии биологического старения, так называемой сенесценции. В то время как у большинства организмов клетки со временем теряют способность к делению и восстановлению, ткани пятитысячелетней сосны практически не отличаются от тканей молодого дерева. Смерть наступает не из-за износа внутренних систем, а вследствие внешних катастроф: ударов молний, нашествия вредителей или эрозии почвы. Это делает сосну идеальным объектом для поиска генов, блокирующих дряхление клеток.
Остистые сосны растут в горах Уайт-Маунтинс в Калифорнии. Эти выносливые и долговечные деревья прекрасно себя чувствуют в холодных, ветреных и скалистых высокогорных районах Калифорнии, Невады и Юты.
Основную часть ДНК составляют повторяющиеся последовательности, которые накапливались миллионы лет, не причиняя вреда организму. В ходе анализа биологи выделили две ключевые особенности, потенциально связанные с выживаемостью: наличие генов, отвечающих за устойчивость к болезням, и значительную длину теломер. У этих сосен теломеры в среднем длиннее, чем у других хвойных, что традиционно связывают с замедлением клеточного старения. Но авторы подчеркивают, что пока это не прямое доказательство биологического бессмертия сосны. Работа опубликована в журнале G3: Genes|Genomes|Genetics.
Трудности прочтения гигантской книги жизни
Остистая сосна в Национальном парке Грейт-Бейсин в Неваде.
Сборка генома такого объема стала серьезным вызовом для современных вычислительных мощностей. Как отметил соавтор работы, профессор биоинженерии Стивен Зальцберг: «Сборка генома размером в 24 миллиарда пар оснований, который в восемь раз больше человеческого, является значительной технической задачей».
Большая часть этой структуры состоит из так называемой «мусорной» ДНК, которую дерево успешно несет через эпохи. Руководитель проекта Дэвид Нил рассматривает полученные данные как фундамент для будущих открытий. По его мнению, наличие эталонного генома необходимо для современной биологии, так как позволяет сравнивать механизмы старения существ, живущих до сто лет, и тех, чей возраст исчисляется тысячелетиями.
Остистые сосны уникальны тем, что у них практически отсутствуют признаки генетически запрограммированного дряхления — чаще всего они погибают от внешних факторов, таких как пожары или засуха, а не от старости в привычном понимании.