1600億堿基對，這種蕨類植物擁有已知最大基因組

人類基因組由30億個堿基對組成。可與太平洋新喀里多尼亞等島嶼上的一種蕨——Tmesipteris oblanceolate相比，就小巫見大巫了。因為這種蕨擁有有史以來發現的最大基因組，包含了1600億個堿基對。相關研究近日發表于《交叉科學》。

這一發現可以幫助科學家了解基因組是如何長得如此之大的，以及龐大的基因組是如何影響物種的適應性和生存能力的。

在美國紐約大學基因組學和系統生物學中心發育生物學家Kenneth Birnbaum看來，這一發現沒有太出乎意料，因為“蕨類植物以這一點而聞名，它們是典型的染色體‘囤積者’”。

DNA是由堿基對組成的，堿基對中的兩個分子通過氫鍵連接。迄今發現的最小基因組屬于一種哺乳動物寄生蟲——腸腦炎微孢子蟲，其基因組僅由225萬個堿基對組成。

此前的研究發現，植物基因組往往更大。基因組相對較大的植物往往壽命更長，但繁殖速度較慢，更容易受環境壓力影響。

但未參與該研究的美國密歇根州立大學的Rose Marks指出，生物體基因組的大小與其物理或生理復雜性之間沒有明確的關系。

“基因組大小與解剖結構或組織結構的復雜性并不密切相關。這是我們還沒有掌握的。”Marks說。

該研究主要作者、西班牙巴塞羅那植物研究所植物學家Jaume Pellicer說，他和同事并未想著破紀錄之類的事，他們本身是在研究重復的DNA序列在具有異常大基因組的植物進化中發揮的作用。已知蕨類植物通常有很長的重復DNA，于是他們對叉狀蕨類植物進行分析。

Pellicer指出，這種植物在包括新西蘭和新喀里多尼亞在內的少數太平洋島嶼的熱帶雨林中并不突出。“它不是一種開花的植物，所以沒有得到太多關注。我想它的美麗在于內里。”

研究人員使用一種基于激光的分析細胞特征的技術——流式細胞術，統計了Tmesipteris oblanceolate的1600億個堿基對，比之前的基因組大小記錄保持者日本重樓多了110億個堿基對。

但Pellicer說，最關鍵的問題在于為什么蕨類植物擁有如此龐大的基因組。

植物形成超大基因組的主要方式有兩種。一種是細胞核內基因組的大規模復制，即多倍體。另一種是有一系列重復的、非編碼DNA序列。

“我們過去稱這些序列為‘垃圾DNA’。但現在研究人員知道它們有能力將自己插入附近的基因中，為它們提供新功能或使它們沉默。”Pellicer說。

“很難想象，產生大量的非編碼DNA會給蕨類植物帶來某種選擇性優勢。”Birnbaum說，“為每個細胞制造DNA，然后包裝并保護它，是一個令人難以置信的負擔。”

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.isci.2024.109889