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    910億,美洲肺魚擁有最大基因組
    2024-08-21 21:02:28  來源:中國科學報

    在南美洲發現的一種肺魚是迄今測序的擁有最大基因組的動物。8月14日,一項發表于《自然》的研究顯示,美洲肺魚的DNA包含了驚人的910億個化學堿基,是人類基因組的30倍。

    然而,這910億個堿基只包含與人類相同數量的基因——大約2萬個,其余都是非編碼的,甚至可能是“垃圾”DNA。

    此外,通過將美洲肺魚基因組與其他肺魚的基因組進行比較,研究人員確定,美洲肺魚每1000萬年向其DNA中添加相當于人類基因組的基因組。

    美洲肺魚。圖片來源:KATHERINE SEGHERS/LOUISIANA STATE UNIVERSITY


    沒有參與這項工作的烏拉圭共和國大學進化遺傳學家Graciela Garcia說:“這是迄今為止在動物中報道的最大基因組。”他研究過鳉魚的基因組,它們也有很多非編碼DNA。

    肺魚有時被稱為“活化石”,是一種呼吸空氣的總鰭魚類,與所有脊椎動物最古老的共同祖先最為相似。自2018年以來,德國維爾茨堡大學進化生物學家Axel Meyer、Manfred Schartl和同事一直致力于破譯來自三大洲的肺魚基因組,以更好地了解脊椎動物的進化。

    他們首先對澳大利亞肺魚的鰭骨進行了測序,這些鰭骨與人類四肢和其他陸地動物的鰭骨相似。然后,他們轉向非洲肺魚,它的肢骨大大減少了。現在,他們研究了美洲肺魚,它的鰭也變小了,基因組是澳大利亞和非洲同類的兩倍。

    這個龐大的基因組中包含了生物體的基因,用4種不同的化學“字母”,即核苷酸或堿基編寫的蛋白質指令,以及有用的RNA編碼。但美洲肺魚絕大多數基因組是由其他東西組成的——被稱為轉座因子的重復片段,它可以自我復制,并將這些副本插入DNA中。

    研究人員發現,美洲肺魚大約90%的基因組由這些“自私”序列組成,而人類基因組的這一比例約為40%。

    肺魚基因組是如何被重復DNA弄得如此混亂的?研究人員將其與其他脊椎動物基因組進行比較后發現,它的生長不受控制,因為南美洲和非洲的肺魚失去了關鍵基因,而正是這些基因的RNA和蛋白質產物抑制轉座因子。

    “這對動物來說一定是一個巨大的代價。”Meyer說。一條肺魚的19條染色體中,除了一條外,其余的都和整個人類基因組一樣大。所以復制這些DNA需要很多能量,包裹它的細胞核和細胞也必須更大。

    Garcia表示,更大的基因組有時可以幫助生物體適應不斷變化的環境。當轉座因子落在基因中或附近時,它們可以改變該基因的活性,這在適當的條件下可能是有益的。這些可變的DNA基因甚至可以完全成為新基因的“飼料”。

    然而,如果無法調節確保生物體生存能力的基因,它也可能成為達摩克利斯之劍。因此,目前尚不清楚為什么美洲肺魚沒有進化出控制這些所謂“跳躍基因”擴散的新方法。Meyer說:“這是被進化遺忘的魚類。”

    美洲肺魚的基因組并不是所有生物中最大的。這個頭銜最近被授予了太平洋新喀里多尼亞島上一種擁有1600億個堿基的蕨。奧利地因斯布魯克大學進化生物學家Claus Peter Stelzer則希望對石花肺魚基因組進行測序,和美洲肺魚一決勝負。

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