俗話說,好東西都是小包裝,雖然在任何生物體中發現世界上最大的基因組都是一個令人難以置信的發現,但現實比這更複雜。新喀裡多尼亞叉蕨物種倒披針木蕨它的基因組拉伸後比大本鐘塔還高,現在是三度世界紀錄保持者。
這種不起眼的小叉蕨的 DNA 長度超過 100 公尺(328 英尺),是地球上任何生物體細胞核中儲存的 DNA 數量最多的。為了將這一點放在上下文中,有 3.1 個千兆鹼基對,可延伸至約 2 公尺(6.5 英尺),而倒披針草有 160.45。蕨類植物因此取得了最大的蕨類植物基因組、最大的植物基因組、最大的基因組世界紀錄。
這意味著這些具有較大基因組的植物效率較低或生長速度較慢。
伊利亞·雷奇博士
雖然對於如此小的植物來說,這聽起來可能令人驚訝,但前 10 個最大的基因組中有 6 個是由植物擁有的。前頭銜持有者重樓,一個日本人,擁有 148.89 個千兆鹼基對的基因組,而在動物界中,大理石肺魚 (埃塞俄比亞原翅魚)加入隊伍的價格為 129.90 Gbp,火蜥蜴種類為紐斯河水狗 (路易斯水母)在 117.47 吉鹼基對。這些物種擁有動物中最大的基因組,但它們比這些植物小得多。
儘管保持著世界紀錄,倒披針草實際上比基因組較小的同胞處於更不利的地位。擁有大基因組和大量 DNA 需要大細胞,這意味著基因組較大的物種更有可能生長緩慢且效率較低。。
每個細胞的細胞核中都塞滿了 100 公尺(328 英尺)長的緊密纏繞的 DNA。
圖片來源:波爾費南德斯
「在大多數情況下,這是一個負面的事實。如果你有一個大的基因組,你必須有一個大的細胞來容納它。基因組中你可以進行全方位的光合作用效率。當然,光合作用會產生糖,從而產生增加生物量的能力。這意味著這些基因組較大的植物效率較低或快速生長的能力較差。伊利亞·雷奇博士RBG Kew 人格演化高級研究負責人告訴 IFLScience。
除了光合作用效率較低之外,龐大的基因組倒披針草意味著它與其他生長速度較快的物種競爭的能力較差。基因組如此之大,以至於研究小組認為蕨類植物是八倍體,這意味著它有八組。相較之下,人類是二倍體,只有兩組。
植物對我們星球的生存非常重要,我們的所有生命都依賴植物。
伊利亞·雷奇博士
「你的基因組越大,你對生態機會以及你的生長和與其他植物成功競爭的能力的限制就越大。因此,具有最大基因組的物種,例如重樓或者在特梅西普特,這種叉蕨往往生長在非常穩定的環境中,沒有競爭力,」雷奇繼續說道。
隨著這個紀錄打破者現在牢牢地載入史冊,問題仍然存在:我們能否找到具有更大基因組的東西?雷奇不這麼認為。
「這個屬在西普特,這個叉蕨屬,有15種。我們現在已經獲得了其中五到六個的基因組大小資料。這是記錄保持者,但還有其他記錄保持者,它們位於同一區域,但沒有那麼大。如果我們得到另一個,我們能夠收集並分析它,它可能是 161 GB,但我認為我們不會得到 200 GB 的東西。
甚至能夠分析這種植物本身就是一項成就,資深作者 Jaume Pellicer 博士和 Oriane Hidalgo 博士前往新喀裡多尼亞與當地人合作,找到這種植物並將其運回歐洲進行測試。此分析涉及流式細胞儀,使用染料對在細胞內的細胞核中,然後測量有多少染料與 DNA 結合。
該樣本是在新喀裡多尼亞採集的,發現其基因組比先前的記錄保持者大 7%。
圖片來源:波爾費南德斯
「如果你知道,如果你踩在這種微小的植物上,你真的不會注意到它,你知道,但它保持著這個世界紀錄。如果它能提高植物的知名度——因為植物對我們星球的生存非常重要,我們所有的生命都依賴植物,因為它們產生我們呼吸的氧氣、空氣、我們穿的衣服,通常也生產我們需要的食物。因此,讓人們記住植物總是好的。
該研究發表於科學。