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小植物拥有已知最大基因组

1600亿个碱基对,远超人类

信息来源:中国科学报  发布时间: 2024-06-03   点击数:保护视力色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)

Tmesipteris oblanceolate拥有迄今发现的最大基因组。图片来源:ORIANE HIDALGO
人类基因组由30亿个碱基对组成,然而与太平洋新喀里多尼亚等岛屿上的一种蕨——Tmesipteris oblanceolate相比,就是小巫见大巫了。因为这种蕨类植物拥有迄今为止发现的最大基因组,包含1600亿个碱基对。相关研究5月31日发表于《交叉科学》。
这一发现有望帮助科学家了解基因组是如何变得如此庞大的,以及庞大的基因组如何影响物种的适应性和生存能力。
在美国纽约大学基因组学和系统生物学中心发育生物学家Kenneth Birnbaum看来,这一发现并不出乎意料,因为“蕨类植物以这一点而闻名,它们是典型的染色体‘囤积者’”。
DNA由碱基对组成,而碱基对中的两个分子通过氢键连接。迄今发现的最小基因组属于一种哺乳动物寄生虫——肠脑炎微孢子虫,其基因组仅由225万个碱基对组成。
此前的研究发现,植物基因组往往更大。基因组相对较大的植物通常寿命更长,但繁殖速度较慢,更易受环境压力影响。
然而未参与该研究的美国密歇根州立大学的Rose Marks指出,生物体基因组的大小与其物理或生理复杂性之间没有明确的关系。“基因组大小与解剖结构或组织结构的复杂性并非密切相关。这是我们至今还没有掌握的。”
该研究主要作者、西班牙巴塞罗那植物研究所植物学家Jaume Pellicer说,他和同事原本打算研究重复的DNA序列在拥有异常大的基因组植物进化中发挥的作用。已知蕨类植物通常有很长的重复的DNA,于是他们便对叉状蕨类植物进行了分析。
Pellicer指出,这种蕨类植物在包括新西兰和新喀里多尼亚在内的少数太平洋岛屿热带雨林中并不显眼。“它不是一种开花植物,所以没有得到太多关注。我想它的‘美丽’在于内里。”
研究人员使用一种基于激光分析细胞特征的技术——流式细胞术,统计了T.oblanceolate的1600亿个碱基对,而这比之前的基因组纪录保持者——日本重楼(Paris japonica)多了110亿个碱基对。
但Pellicer说,最关键的问题在于为什么蕨类植物拥有如此庞大的基因组。
植物形成超大基因组主要有两种方式。一种是细胞核内基因组的大规模复制,即多倍体。另一种则是有一系列重复的、非编码DNA序列。
“我们过去称这些序列为‘垃圾DNA’。但现在研究人员知道,它们有能力将自己插入附近的基因中,并为其提供新功能或使其沉默。”Pellicer说。
“很难想象,产生大量非编码DNA会给蕨类植物带来哪些选择性优势。”Birnbaum说,“为每个细胞制造DNA,然后包装并保护它,是一个令人难以置信的负担。”(徐锐)