俗话说,好东西都来自小包装,虽然发现世界上任何生物中最大的基因组都是一个令人难以置信的发现,但现实情况要比这复杂一些。新喀里多尼亚叉蕨物种倒披针木蕨它的基因组延伸开来比大本钟塔还要高,目前已三次保持世界纪录。
这种不起眼的小叉蕨拥有超过 100 米(328 英尺)的 DNA,是地球上所有生物中 DNA 含量最大的植物。具体来说,有 3.1 千兆位对,延伸到大约 2 米(6.5 英尺),而倒披针叶铁杉基因组大小为160.45,蕨类植物由此占据了蕨类植物基因组最大、植物基因组最大、基因组最大等世界纪录。
这意味着这些具有较大基因组的植物效率较低或无法快速生长。
伊利亚·莱奇博士
虽然对于如此小的植物来说,这听起来可能令人惊讶,但前 10 个最大的基因组中有 6 个是由植物占据的。之前的冠军是重楼,日本人,其基因组包含 148.89 千兆碱基对,而在动物界中,大理石肺鱼(埃塞俄比亚原翅鱼)以 129.90 英镑的价格加入了派对,其中有蝾螈物种 Neuse River 水犬(刘易斯水母) 为 117.47 千兆碱基对。这些物种拥有动物中最大的基因组,但它们比这些植物小得多。
尽管保持着世界纪录,倒披针叶铁杉实际上,与基因组较小的同类相比,它们处于更不利的地位。拥有较大的基因组和大量的 DNA 需要较大的细胞,这意味着基因组较大的物种更有可能生长得更慢,并且效率更低。
每个细胞的细胞核中都包含长达 100 米(328 英尺)的紧密缠绕的 DNA。
图片来源:波尔·费尔南德斯
“在大多数情况下,这是一个负面事实。如果你有一个大基因组,你就必须有一个大细胞来容纳它。所以我们看到的是,基因组大的植物受到限制,因此光合作用效率低于基因组小的物种,而基因组小的物种的光合作用效率则范围很广。当然,光合作用会产生糖,从而产生生物量。这意味着这些基因组较大的植物效率较低或生长速度较慢,”伊利亚·莱奇博士RBG Kew 性格演化高级研究负责人告诉 IFLScience。
除了光合作用效率较低之外,倒披针叶铁杉这意味着它无法与其他生长更快的物种竞争。该基因组非常大,因此研究小组认为蕨类植物是八倍体,这意味着它有八组相比之下,人类是二倍体,只有两组。
植物对于我们地球的生存至关重要,我们所有的生命都依赖于植物。
伊利亚·莱奇博士
基因组越大,生态机会和生长能力以及与其他植物成功竞争的能力受到的限制就越多。因此,拥有最大基因组的物种,如重楼或者特梅西普特,“这种叉蕨类植物往往生长在非常稳定、没有竞争的环境中,”莱奇继续说道。
打破纪录的基因如今已牢牢载入史册,但问题依然存在:我们能否找到拥有更大基因组的基因?莱奇认为不可能。
?本属特梅西普特,这个叉蕨属有 15 个物种。我们现在已经获得了其中五六种的基因组大小数据。这是记录保持者,但还有其他物种,它们位于同一地区,但没有那么大。如果我们再得到一个,我们能够收集和分析它,它可能是 161 千兆字节,但我认为我们不会得到 200 千兆字节的数据。?
能够分析这种植物本身就是一项成就,因为资深作者 Jaume Pellicer 博士和 Oriane Hidalgo 博士前往新喀里多尼亚与当地人合作寻找并运回欧洲进行测试。该分析涉及流式细胞术,使用染料对然后测量有多少染料与 DNA 结合。
该样本是在新喀里多尼亚收集的,发现其基因组比之前的记录保持者大 7%。
图片来源:波尔·费尔南德斯
“如果这种小小的植物,你知道,如果你踩上去,你真的不会注意到它,但它却保持着世界纪录。如果它能提高植物的知名度——因为植物对于我们星球的生存非常重要,我们所有的生命都依赖于植物,因为它们生产我们呼吸的氧气、空气、我们穿的衣服,通常还有我们吃的食物。所以,让人们记住植物总是好的,”莱奇总结道。
该研究发表于信息科学。