美洲肺鱼拥有动物最大基因组

2024-08-21 16:37:35 来源：光明网

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南美洲的一种肺鱼是迄今发现的拥有最大基因组的动物。8月14日，一项发表于《自然》的研究显示，这种肺鱼的基因组包含了910亿个碱基，是人类基因组的30倍。

然而，这910亿个碱基只包含了与人类相同数量的基因——大约2万个，其余都是非编码DNA，甚至可能是“垃圾”DNA。

此外，通过将美洲肺鱼基因组与其他肺鱼基因组进行比较，研究人员确定，美洲肺鱼每1000万年向其DNA中添加相当于一个人类基因组的基因。

没有参与该研究的乌拉圭共和国大学进化遗传学家Graciela Garcia说：“这是迄今在动物中发现的最大基因组。”他研究过鳉鱼的基因组，它们也有很多非编码DNA。

肺鱼被称为“活化石”，是一种呼吸空气的总鳍鱼类。此外，它被认为与所有脊椎动物最古老的共同祖先最为相似。自2018年以来，德国维尔茨堡大学进化生物学家Axel Meyer、Manfred Schartl和同事一直致力于破译三大洲的肺鱼基因组，以更好地了解脊椎动物的进化。

他们首先对澳大利亚肺鱼的鳍骨进行了测序。这些鳍骨与人类和其他陆地动物的四肢相似。然后，他们转向非洲肺鱼，其鳍骨已大大减少。现在，他们又研究了美洲肺鱼，它的鳍变小了，而基因组是澳大利亚和非洲同类的两倍。

这个庞大的基因组中包含了生物体的基因，用4种不同化学“字母”，即核苷酸或碱基编写的蛋白质指令，以及有用的RNA编码。但绝大多数的美洲肺鱼基因组是由其他东西组成的——被称为转座因子的重复片段，它们可以自我复制，并将这些副本插入DNA中。

研究人员发现，美洲肺鱼大约90%的基因组是由这些“自私”序列组成的，而人类基因组的这一比例约为40%。

肺鱼基因组是如何被重复DNA弄得如此混乱的？研究人员将其与其他脊椎动物基因组进行比较后发现，它的生长不受控制，因为南美洲和非洲的肺鱼失去了一些关键基因，而正是这些基因的RNA和蛋白质产物能够抑制转座因子。

“这对动物来说一定付出了巨大的代价。”Meyer说。这种肺鱼的19条染色体中，除了一条外，其余的每条染色体大小都和整个人类基因组一样大。所以复制这些DNA需要很多能量，包裹它的细胞核和细胞也更大。

Garcia表示，更大的基因组有时可以帮助生物体适应不断变化的环境。当转座因子进入或接近一个基因时，它们可以改变该基因的活性，这在适当的条件下可能是有益的。这些变异的DNA基因甚至可以完全成为新基因的“饲料”。

然而，如果无法调节那些确保生物体生存能力的基因，它也可能成为“达摩克利斯之剑”。因此，目前尚不清楚为什么美洲肺鱼没有进化出控制这些所谓“跳跃基因”传播的新方法。Meyer说：“它们是被进化遗忘的鱼。”

美洲肺鱼的基因组并不是所有生物中最大的。这个头衔最近被授予了太平洋新喀里多尼亚岛上一种拥有1600亿个碱基的蕨。奥地利因斯布鲁克大学进化生物学家Claus Peter Stelzer则希望对石花肺鱼基因组进行测序，和美洲肺鱼一决胜负。