微小蕨类植物拥有世界最大基因组

一种不起眼的小型蕨类植物体内潜藏着巨大的东西：有史以来发现的最大的基因组，比 人类基因组 大 50 多倍。

这种植物 (Tmesipteris oblanceolata) 包含惊人的 1600 亿个碱基对，这些碱基对是构成 DNA 链的单位。这比之前的记录保持者，开花植物 Paris japonica 多 110 亿个，比拥有最大动物基因组的大理石肺鱼 (Protopterus aethiopicus) 多 300 亿个。这些发现今天发表在iScience 杂志上。

研究合著者 Jaume Pellicer 是西班牙巴塞罗那植物研究所的进化生物学家，他也是 P. japonica 巨大基因组的共同发现者，他曾认为早期的发现已接近基因组大小的极限。“但证据再次超越了我们的预期，”他说。

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基因组巨人

世界基因组冠军原产于新喀里多尼亚和南太平洋邻近的群岛，是一种名为叉蕨的植物。其巨大的碱基对数量引发了关于植物如何管理其遗传物质的问题。 只有一小部分 DNA 由蛋白质编码 基因 组成，这让研究合著者、伦敦皇家植物园邱园的进化生物学家 Ilia Leitch 想知道植物的细胞机制如何在“这堆巨大的 DNA 乱麻中”访问这些基因组片段。“这就像试图在数百万本书的图书馆中找到几本包含生存指南的书籍一样——这太荒谬了。”

还有一个问题是，生物体是如何以及为何进化出如此多的碱基对的。Leitch 说，通常情况下，拥有更多的碱基对会导致对构成 DNA 的矿物质以及每次细胞分裂时复制基因组所需的能量的需求更高。但她补充说，如果生物体生活在竞争相对较小的稳定环境中，巨大的基因组可能不会带来高昂的代价。

这可能有助于为叉蕨巨大基因组提供一个解释——尽管有点无趣：它可能既不利也不特别有助于植物的生存和繁殖能力，因此叉蕨随着时间的推移不断积累碱基对，新西兰植物与食品研究所位于尼尔森的基因组学家 Julie Blommaert 说。

目前，研究人员只能推测这些问题的答案。已测序和组装的最大基因组属于欧洲槲寄生 (Viscum album)，约有 900 亿个碱基对。现代技术可能不足以对叉蕨基因组进行相同的操作：即使对其进行测序，仍然存在计算挑战，即如何获取数据并“以生物学方式反映正在发生的事情的方式将它们粘合在一起”，Leitch 说。

她补充说，找到分析巨大基因组的方法可以产生关键的见解，了解基因组大小如何影响生物体的生长地点、它们如何在环境中茁壮成长以及它们对气候变化的适应能力，而与它们的特定 DNA 序列无关。Pellicer 说，一种微小的、非开花植物，大多数人“不会费心停下来看一眼”的植物，竟然可以提供如此重要的教训，这真是令人惊叹。“植物的美丽在于其内部。”

本文经许可转载，最初于 2024 年 5 月 31 日首次发表。