【包特金專欄】不起眼的蕨類是基因組巨人

一種不起眼的蕨類植物，裡面潛藏著巨大的東西：迄今為止發現的最大的基因組，比人類基因組多 50 倍馬克斯·科茲洛夫Max Kozlov發表在最新一期《自然》(Nature) 的<迄今為止發現的最大基因組屬於這種奇怪的小植物>(Biggest genome ever found belongs to this odd little plant)指出，一種叉蕨的巨大基因組在大小上超越了人類基因組。(The gigantic genome of a type of fork fern smashes the human one in terms of size.) 森林地面上的破紀錄物種Tmesipteris oblanceolata很容易被忽略。許多Tmesipteris oblanceolata蕨類植物生長在枯葉中。
600 億個鹼基對成了 DNA 鏈
這種植物（Tmesipteris oblanceolata）含有多達 1600 億個鹼基對，這些鹼基對構成了 DNA 鏈。這比之前的記錄保持者開花植物重樓（Paris japonica）多了 110 億，比擁有最大動物基因組的大理石肺魚（Protopterus aethiopicus ）多了 300 億。研究結果今天發表在《iScience》期刊。
研究的合著者 Jaume Pellicer 是西班牙巴塞隆納植物研究所的演化生物學家，他也是P. japonica龐大基因組的共同發現者，他認為早期的發現已經接近基因組大小的極限。 「但證據再次超出了我們的預期，」他說。
基因組巨人
世界基因組冠軍是一種叫做叉蕨的植物，原產於新喀裡多尼亞和南太平洋鄰近群島。其大量的鹼基對引發了關於植物如何管理其遺傳物質的問題。生長在枯葉中的單一稀有物種 Tmesipteris oblanceolata 蕨類植物。是叉蕨的一種，是一種沒有真根和真葉的植物。只有一小部分 DNA 是由蛋白質編碼基因組成的，該研究的合著者、倫敦皇家植物園的進化生物學家伊利亞·雷奇(Ilia Leitch) 想知道植物的細胞機制如何在「這個巨大的基因組中”訪問這些基因組片段。 DNA的泥沼。這就像試圖找到幾本書來指導如何在擁有數百萬本書的圖書館中生存一樣——這太荒謬了。
龐大的基因組可能不會帶來高昂的成本
還有一個問題是有機體如何以及為何進化出如此多的鹼基對。 Leitch 說，一般來說，擁有更多的鹼基對會導致對構成 DNA 的礦物質以及每次細胞分裂時複製基因組的能量的需求更高。但她補充說，如果生物生活在一個相對穩定的環境中，幾乎沒有競爭，龐大的基因組可能不會帶來高昂的成本。
這可能有助於為叉蕨的大基因組提供一種解釋——儘管是一個相當無聊的解釋：它可能對植物的生存和繁殖能力既無害也無特別幫助，因此叉蕨隨著時間的推移不斷累積鹼基對”，位於尼爾森的新西蘭植物和食品研究所的基因組學家 Julie Blommaert 說。
植物的美麗就在裡面
目前，研究人員只能推測這些問題的答案。待定序和組裝的最大基因組屬於歐洲槲寄生（Viscum album），約有 900 億個鹼基對。現代技術可能不足以對叉蕨的基因組做同樣的事情：即使它被測序，仍然存在獲取數據並「以生物學上反映正在發生的事情的方式將它們粘在一起」的計算挑戰，Leitch說。
她補充說，找到分析巨大基因組的方法可以產生重要的見解，了解基因組大小如何影響生物體的生長位置、它們如何在其環境中繁衍生息以及它們對氣候變遷的適應能力，而與它們特定的DNA序列無關。佩利瑟說，大多數人「懶得停下來看」的一種微小的、不開花的植物能夠提供如此重要的教訓，這是很了不起的。 “植物的美麗就在裡面。”