美洲肺魚擁有動(dòng)物最大基因組

南美洲的一種肺魚是迄今發(fā)現(xiàn)的擁有最大基因組的動(dòng)物。近日，一項(xiàng)發(fā)表于《自然》的研究顯示，這種肺魚的基因組包含了910億個(gè)堿基，是人類基因組的30倍。

通過將美洲肺魚基因組與其他肺魚基因組進(jìn)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(dāng)于一個(gè)人類基因組的基因。

肺魚被稱為“活化石”，是一種呼吸空氣的總鰭魚類。此外，它被認(rèn)為與所有脊椎動(dòng)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(xué)進(jìn)化生物學(xué)家Axel Meyer、Manfred Schartl和同事一直致力于破譯三大洲的肺魚基因組，以更好地了解脊椎動(dòng)物的進(jìn)化。

他們首先對(duì)澳大利亞肺魚的鰭骨進(jìn)行了測序。這些鰭骨與人類和其他陸地動(dòng)物的四肢相似。然后，他們轉(zhuǎn)向非洲肺魚，其鰭骨已大大減少。現(xiàn)在，他們又研究了美洲肺魚，它的鰭變小了，而基因組是澳大利亞和非洲同類的兩倍。

這個(gè)龐大的基因組中包含了生物體的基因，用4種不同化學(xué)“字母”，即核苷酸或堿基編寫的蛋白質(zhì)指令，以及有用的RNA編碼。但絕大多數(shù)的美洲肺魚基因組是由其他東西組成的——被稱為轉(zhuǎn)座因子的重復(fù)片段，它們可以自我復(fù)制，并將這些副本插入DNA中。

肺魚基因組是如何被重復(fù)DNA弄得如此混亂的？研究人員將其與其他脊椎動(dòng)物基因組進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，它的生長不受控制，因?yàn)槟厦乐藓头侵薜姆昔~失去了一些關(guān)鍵基因，而正是這些基因的RNA和蛋白質(zhì)產(chǎn)物能夠抑制轉(zhuǎn)座因子。

“這對(duì)動(dòng)物來說一定付出了巨大的代價(jià)。”Meyer說。這種肺魚的19條染色體中，除了一條外，其余的每條染色體大小都和整個(gè)人類基因組一樣大。所以復(fù)制這些DNA需要很多能量，包裹它的細(xì)胞核和細(xì)胞也更大。

Garcia表示，更大的基因組有時(shí)可以幫助生物體適應(yīng)不斷變化的環(huán)境。當(dāng)轉(zhuǎn)座因子進(jìn)入或接近一個(gè)基因時(shí)，它們可以改變?cè)摶虻幕钚?，這在適當(dāng)?shù)臈l件下可能是有益的。這些變異的DNA基因甚至可以完全成為新基因的“飼料”。

然而，如果無法調(diào)節(jié)那些確保生物體生存能力的基因，它也可能成為“達(dá)摩克利斯之劍”。因此，目前尚不清楚為什么美洲肺魚沒有進(jìn)化出控制這些所謂“跳躍基因”傳播的新方法。Meyer說：“它們是被進(jìn)化遺忘的魚?！?/p>

美洲肺魚的基因組并不是所有生物中最大的。這個(gè)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(gè)堿基的蕨。奧地利因斯布魯克大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)家Claus Peter Stelzer則希望對(duì)石花肺魚基因組進(jìn)行測序，和美洲肺魚一決勝負(fù)。