Tmesipteris oblancéolata est une espèce obscure de fougère fourchue trouvée en Nouvelle-Calédonie, un territoire français du Pacifique Sud. Mesurant seulement 4 à 6 pouces de hauteur, cette humble plante est, d’une manière particulière, l’être vivant le plus remarquable au monde.
« Vous marcheriez dessus. Vous pourriez même marcher dessus sans le savoir », a déclaré Ilia Leitch, biologiste de l'évolution des plantes et responsable principal de la recherche aux Royal Botanic Gardens du Royaume-Uni, à Kew. « Mais il abrite en lui ce grand secret. »
Récemment, T. oblancéolata est entré après qu'une équipe de scientifiques a déterminé que la fougère vaporeuse possède le plus grand génome connu de tous les organismes vivants. Le noyau de chacune de ses cellules contient 160,45 milliards de paires de bases, soit 160,45 milliards d'échelons sur l'échelle virevoltante à double hélice qu'est l'ADN de la plante.
T. oblancéolata a plus de gènes que le puissant séquoia de Californie (Séquoia sempervirens) ou la baleine bleue massive (Balaenoptera musculus). Il contient 50 fois plus d'ADN que Homo sapiens, l'espèce qui a découvert ce qu'est l'ADN en premier lieu. Les résultats ont été publiés dans la revue iScience.
« Nous avons été absolument étonnés lorsque nous avons découvert la taille de ce génome », a déclaré le botaniste Jaume Pellicer de l'Institut Botànic de Barcelone en Espagne, co-auteur de l'étude avec Leitch. « Nous connaissions déjà l'existence de génomes géants dans le genre mais nous n'avions pas prévu que celui du genre Tmesipteris oblancéolata allait battre tous les records précédents.
Un génome contient toutes les informations dont les cellules ont besoin pour diriger la croissance et le développement de l’organisme. Mais la vie n'offre pas d'instructions de la manière ordonnée, plus d'étapes égale plus de complexité des manuels d'assemblage Ikea ou Lego – d'où les petites fougères avec des codes génétiques de taille géante.
Vous pourriez marcher dessus T. oblancéolata « sans le savoir », a déclaré un biologiste de l'évolution des plantes. (Photographies de Pol Fernandez et Oriane Hidalgo)
Mesurer la taille du génome n’est « pas un moyen de mesurer la complexité du génome ou la capacité de codage », a déclaré Elliot Meyerowitz, un biologiste de Caltech qui n’a pas participé à la recherche.
Seul un minuscule fragment du matériel génétique que la plupart des cellules végétales et animales transportent contient en réalité des instructions directes sur la manière de fabriquer les éléments constitutifs des êtres vivants. Moins de 2 % du génome humain code réellement pour des protéines. Pour la fougère fourche, l’équipe de recherche estime que moins de 1 % de son génome le fait.
Le reste est connu sous le nom d’ADN non codant. Comprendre ce que fait ce matériel génétique non codant et pourquoi les cellules le transportent font partie des plus grandes questions de la biologie évolutive.
Il y a un demi-siècle, ces éléments non codants étaient appelés « ADN indésirable », un terme désormais considéré comme « le reflet de notre propre ignorance », a déclaré Leitch.
Ce n’est pas que tout cela ne fasse rien, dit-elle. Nous ne comprenons tout simplement pas encore tout ce qu'il fait.
Ces dernières années, les chercheurs ont découvert que la manipulation ou la suppression de certaines de ces séquences non codantes affectaient l’expression des gènes. Cela suggère qu'au moins une partie de ce matériel joue un rôle dans les processus qui « activent » et désactivent les gènes, « comme le chef d'orchestre, disant qui entre ici et qui devrait se taire ici », a déclaré Leitch.
C’est grâce à cette chorégraphie complexe de l’expression génétique que nous obtenons l’incroyable diversité au sein de notre propre espèce et à travers les règnes des êtres vivants.
« Comprendre comment ces génomes fonctionnent et sont structurés représente l'étape ultime dans ce domaine de recherche », a écrit Pellicer dans un e-mail. « Mais pour l'instant, c'est comme essayer de lire un livre d'instructions sans même savoir où se trouve la première page ! »
T. oblancéolata déplace le , une plante à fleurs de taille modeste appelée Paris japonica qui contient 149 milliards de paires de bases. Même s’il existe peut-être autre chose qui possède un plus grand impact génétique, les botanistes pensent que ces plantes se situent à l’extrémité supérieure de la quantité d’ADN qu’un être vivant peut avoir.
« Si ce n'est pas le plus gros, il en est très proche », a déclaré Leitch à propos du génome de la fougère fourchue. « Il y a tellement de conséquences associées à une telle quantité d'ADN que je pense que nous sommes aux limites de ce que la biologie peut gérer. »
Un organisme doit diviser ses cellules pour croître, et avant de pouvoir le faire, il doit faire une copie de tout l’ADN de ses cellules. Copier un génome colossal représente un gros investissement en temps, en énergie et en nutriments, a souligné Leitch. Pour les plantes, des génomes plus gros sont associés à une croissance plus lente et à une photosynthèse moins efficace.
En conséquence, les organismes dotés de génomes massifs ont tendance à se trouver dans des environnements stables sans grande concurrence, a déclaré Leitch. C'est vrai de T. oblancéolataà croissance lente Paris japonica et le , détenteur du plus grand génome du règne animal (près de 130 milliards de paires de bases).
Malheureusement pour T. oblancéolatades conditions stables sont de plus en plus difficiles à obtenir dans un climat en évolution rapide.
« Tant qu'ils sont stables, tant que les choses ne changent pas, la sélection ne les éliminera pas, pour ainsi dire », a déclaré Leitch. «Je prédis que si l’environnement changeait, ils ne seraient pas dans une bonne position.»
